WO2000048442A1 - Vorrichtung zum bestücken von substraten mit elektrischen bauelementen mittels mehrerer unabhängiger handhabungssysteme - Google Patents

Vorrichtung zum bestücken von substraten mit elektrischen bauelementen mittels mehrerer unabhängiger handhabungssysteme Download PDF

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Bernd-Friedrich Scholl
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Siemens Aktiengesellschaft
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    • H05K13/0404—Pick-and-place heads or apparatus, e.g. with jaws

Definitions

  • the invention relates to a device for equipping substrates with electrical components, the substrates being transportable on a transport section of the device and being fixable in an assembly field of the transport section, the components being in a pick-up area of the
  • the device having two handling systems for the components, wherein a placement head of the handling system handling the components can be moved in two coordinate directions between the pick-up area and the placement field, and wherein the handling system has a linear guidance unit on which at least one base part is mounted so that it can be moved slowly.
  • Such a device is e.g. through US 5,002,448.
  • the placement head can then be moved transversely on a positioning arm that is anchored to the base part.
  • the two leadership units are arranged parallel to each other on both sides of the assembly field and parallel to the transport route.
  • the pick-up areas for the components are arranged on both sides of the transport route.
  • the two mutually opposing positioning arms which can be moved in one plane are so long that they overlap and cannot pass one another. For this reason, the two handling systems can cover the placement field, but only one pick-up area, into which the positioning arm, which is not equipped, dodges with its placement head.
  • US Pat. No. 5,862,568 A discloses a pick and place device in which a pick-up area is arranged between the guiding units of the pick and place device, wherein each of the two pick and place heads can reach at least half the pick-up area and half the pick and place area.
  • the two positioning arms are each guided on two common guide rails and extend between them.
  • two positioning arms each with a placement head, can be moved alternately between two pick-up areas and a placement area on a common guide, each placement head being able to access only one pick-up area.
  • EP 0 318 068 A describes an assembly system with two handling systems which can be moved independently of one another, in which the distance between the positioning arms can be adjusted to a degree which allows the positioning arms or gripping devices to pass each other.
  • a transfer area is arranged between the handling systems, in which the components are deposited by one handling system and picked up by the other handling system for loading.
  • the invention has for its object to increase the placement performance.
  • the two positioning arms may now be formed such that their opposing ends projecting freely aneinan ⁇ slide past the can.
  • the placement head can, for example, be mounted telescopically on the positioning arm in such a way that it can reach slightly beyond its free end. This makes it possible to pick up the existing components without gaps or to place them on the substrate. It being possible for the two positio ⁇ niersysteme clocked so that in each case the stuckt be a ⁇ and the other picks up. When driving past, the placement heads can be drawn in so far that they do not protrude beyond the ends of the positioning arms.
  • the placement head is held on a multi-joint system that can easily perform the required evasive movement.
  • a system is e.g. reproduced in EP 0 760 272 AI.
  • a particular advantage here is that only one leadership unit is required for the two base parts.
  • the base parts which can be moved independently of one another, change the position of the placement head in the longitudinal direction when the movement is in the same direction and in the transverse direction when the movement is in the opposite direction.
  • This arrangement allows the two base parts to be controlled and moved independently of one another without any problems. Due to the trapezoidal support of the placement head, it can be positioned particularly stable.
  • the placement head is articulated symmetrically from both base parts and is supported in a particularly stable manner.
  • FIG. 1 shows a schematic top view of a loading device for components with two handling systems
  • FIG. 2 shows a modified handling system of the placement device according to FIG. 1.
  • the device has a transport path 1 for substrates 2, which can be fixed in an assembly field 3 of the transport path 1.
  • Two linear guide units 4 two mutually independent handling systems, are arranged perpendicular to the direction of transport of the substrates on both sides of the placement field 3.
  • these each consist of two base units 5, 6 and a placement head 7 which is connected to the base parts 5, 6 by means of joint rods 8.
  • the joint rods 8 are inserted in the form of a parallelogram, so that the angular position of the placement head 7 remains the same in every position.
  • the other base part 6 only one joint rod 8 is attached.
  • a pick-up area 9 of the device is also covered with a wafer 10, in which electronic components 11, for example in the form of Flip chips are provided.
  • Such a wafer requires, for example, an ejection pin to be attached from below, which removes the component to be picked up from the adhesive bond of the wafer. This expenditure on devices is so high that a collection operation that is as continuous as possible should be aimed for.
  • the placement heads 7 are provided with a multiplicity of revolver-like suction pipettes 12, by means of which the components 11 can be removed from the wavers 10 and placed on the substrate 2.
  • the longitudinal position of the placement head is changed by moving the two base parts in the same direction along the guide unit, while the transverse position of the placement head is changed by moving in opposite directions.
  • both coordinate directions are operated with the same drive elements.
  • the transverse movement can be kept so large that the two mounting heads 7 can move past one another without hindering one another.
  • the cross stroke of the placement head is so high that it can reach over the area of the other placement head in order to cover the pick-up area and the placement area without gaps.
  • the joint rod 8 are mounted in joints 13 of the base parts 5, 6 and mounting head of the mounting head 7.
  • the trapezoidal support of the placement head 7 by means of the joint rod 8 results in a very stable, low-vibration fixing position when picking up or putting on the components 11.
  • joint rods 8 are attached to both base parts 5 in parallelogram form and end in separate joints 13 of the mounting head 7.
  • the connecting line between the joints 13 of the base parts 5 is also inclined at approximately 45 ° to the longitudinal direction of the guide unit 4.

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Abstract

Vorrichtung zum Bestücken von Substraten mit elektrischen Bauelementen Zwei voneinander unabhängig betätigbare Handhabungssysteme sind so ausgebildet, dass ihre mobilen Positionierteile in der Querrichtung Ausweichbewegungen ausführen können. Dadurch ist kontinuierlicher Abhol- und Bestückbetrieb möglich.

Description

Beschreibung
Vorrichtung zum Bestucken von Substraten mit elektrischen Bauelementen mittels mehrerer unabhängiger Handhabungssysteme
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Bestucken von Substraten mit elektrischen Bauelementen, wobei die Substrate auf einer Transportstrecke der Vorrichtung transportierbar und in einem Bestuckfeld der Transportstrecke fixier- bar sind, wobei die Bauelemente in einem Abholbereich der
Vorrichtung bereitstellbar sind, wobei die Vorrichtung zwei Handhabungssysteme für die Bauelemente aufweist, wobei ein die Bauelemente handhabender Bestuckkopf des HandhabungsSystems m zwei Koordinatenrichtungen zwischen dem Abholbereich und dem Bestuckfeld verfahrbar ist und wobei das Handhabungssystem eine lineare Fuhrungsemheit aufweist an der zumindest ein Basisteil langsverfahrbar gelagert ist.
Eine derartige Vorrichtung ist z.B. durch die US 5,002,448 bekanntgeworden. Danach ist der Bestuckkopf an einem Positionierarm quer verfahrbar, der am Basisteil verankert ist. Die beiden Fuhrungsemheiten sind zueinander parallel verlaufend zu beiden Seiten des Bestuckfeldes und parallel zur Transportstrecke angeordnet. Beidseits der Transportstrecke sind die Abholbereiche für die Bauelemente angeordnet. Die beiden m einer Ebene verfahrbaren, einander entgegenragenden Positionierarme sind so lang, daß sie sich überdecken und nicht aneinander vorbeifahren können. Aus diesem Grunde können die beiden Handhabungssysteme zwar das Bestuckfeld überdecken aber jeweils nur einen Abholbereich, in den der jeweils nicht bestuckende Positionierarm mit seinem Bestuckkopf ausweicht.
Ferner ist durch die US 5 862 568 A eine Bestuckvorrichtung bekannt, bei der ein Abholbereich zwischen den Fuhrungsem- heiten der Bestuckvorrichtung angeordnet ist, wobei jeder der beiden Bestuckkopfe zumindest den halben Abholbereich und das halbe Bestuckungsfeld erreichen kann. Die beiden Positionier- arme sind jeweils auf zwei gemeinsamen Führungsschienen geführt und erstrecken sich zwischen diesen.
Ferner ist durch die US 5 778 524 A eine Bestückvorrichtung bekannt, bei der zwei Bestückköpfe auf einer gemeinsamen Füh¬ rung abwechselnd zwischen zwei Abholbereichen und Bestückbe¬ reichen verfahrbar sind.
Ferner sind nach der EP 0 315 799 A zwei Positionierarme mit je einem Bestückkopf auf einer gemeinsamen Führung abwechselnd zwischen zwei Abholbereichen und einem Bestückbereich derart verfahrbar, wobei jeder Bestückkopf nur auf einen Abholbereich zugreifen kann.
Ferner wird in der EP 0 318 068 A ein Bestücksystem mit zwei voneinander unabhängig verfahrbaren Handhabungssystemen beschrieben, bei dem der Abstand zwischen den Positionierarmen auf ein Maß verstellbar ist, das ein wechselseitiges Vorbeifahren der Positionierarme bzw. Greifvorrichtungen erlaubt. Zwischen den Handhabungssystemen ist ein Übergabebereich angeordnet, in dem die Bauteile von einem Handhabungssystem abgelegt und vom anderen Handhabunssystem zur Bestückung abgeholt werden.
Bei besonderen Bestückaufgaben kann es sein, daß eine große Anzahl gleicher Bauelemente, z.B. in Form von Flipchips auf das Substrat aufzubringen sind. Derartige Bauelemente stehen z.B. in einem Wafer eng gepackt und in großer Anzahl zur Verfügung .
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Bestückleistung zu erhöhen.
Diese Aufgabe wird durch die Erfindung gemäß Anspruch 1 ge- löst. Die beiden Positionierarme können nun so ausgebildet sein, daß ihre einander entgegenragenden Enden ungehindert aneinan¬ der vorbeigleiten können. Der Bestuckkopf kann z.B. am Posi- tionierarm teleskopartig so gelagert sein, daß er über dessen freies Ende geringfügig hinausgreifen kann. Dadurch ist es möglich, die bereitsstehenden Bauelemente lückenlos abzuholen bzw. auf das Substrat aufzusetzen. Wobei die beiden Positio¬ niersysteme so getaktet sein können, daß jeweils das eine be¬ stuckt und das andere abholt. Beim Vorbeifahren können die Bestuckkopfe soweit eingezogen werden, daß sie nicht über die Enden der Positionierarme hinausragen.
Dadurch ist es möglich, daß die beiden Handhabungssysteme mit voller Leistung und ohne sich gegenseitig zu behindern arbei- ten können. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn sich die Bauteilebereitstellung nur auf einen Abholbereich konzentriert, wie dies z.B. bei einem Wafer der Fall ist, der einen hohen mechanischen Eigenaufwand erfordert.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind m den Ansprüchen 2-5 gekennzeichnet:
Durch die Weiterbildung nach Anspruch 2 ist der Bestuckkopf an einem Mehrgelenksystem gehalten, das die erforderliche Ausweichbewegung leicht vollfuhren kann. Ein derartiges System ist z.B. in der EP 0 760 272 AI wiedergegeben. Ein besonderer Vorteil besteht hier darin, daß für die beiden Basi- steile nur eine Fuhrungsemheit benotigt wird. Die voneinander unabhängig verfahrbaren Basisteile verandern bei gleich- sinniger Bewegung die Lage des Bestuckkopfes m der Längsrichtung und bei gegensinniger Bewegung m der Querrichtung.
Durch die Weiterbildung nach Anspruch 3 ist es möglich, den beiden Basisteilen die elektrisch aktiven Spulenteile und der Fuhrungsemheit die gemeinsame Magnetschiene zuzuordnen.
Durch diese Anordnung können die beiden Basisteile problemlos voneinander unabhängig angesteuert und verfahren werden. Durch die trapezförmige Abstützung des Bestückkopfes kann dieser besonders lagestabil positioniert werden.
Durch die Weiterbildung durch Anspruch 4 ergeben sich beson- ders günstige Anstellwinkel für die Gelenkstäbe.
Durch die Weiterbildung nach Anspruch 5 wird der Bestuckkopf von beiden Basisteilen her symmetrisch angelenkt und besonders stabil abgestützt.
Im folgenden wird die Erfindung anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert.
Figur 1 stellt eine schematisierte Draufsicht auf eine Be- Stückvorrichtung für Bauelemente mit zwei Handhabungssystemen dar,
Figur 2 zeigt ein abgewandeltes Handhabungssystem der Bestückvorrichtung nach Figur 1.
Nach Figur 1 weist die Vorrichtung eine Transportstrecke 1 für Substrate 2 auf, die in einem Bestückfeld 3 der Transportstrecke 1 fixierbar sind. Zu beiden Seiten des Bestückfeldes 3 sind zwei lineare Führungseinheiten 4, zweier voneinander unabhängiger Handhabungssysteme senkrecht zur Trans- portrichtung der Substrate angeordnet. Diese bestehen neben der Führungseinheit 4 aus je zwei Basiseinheiten 5, 6 und einem Bestückkopf 7, der über Gelenkstäbe 8 mit den Basisteilen 5, 6 verbunden ist.
Zwischen einem der Basisteile 5 und dem Bestückkopf sind jeweils die Gelenkstäbe 8 in der Form eines Parallelogramms eingesetzt, wodurch die Winkellage des Bestückkopfes 7 in jeder Lage gleich bleibt. Am anderen Basisteil 6 ist nur ein Gelenkstab 8 angesetzt. Außerhalb der Transportstrecke 1 und in der Mitte zwischen den beiden Führungseinheiten 4 ist außerdem ein Abholbereich 9 der Vorrichtung mit einem Wafer 10 belegt, in dem elektronische Bauelemente 11 z.B. in Form von Flip-Chips bereitgestellt sind. Ein derartiger Wafer benotigt z.B. einen von unten anzusetzenden Ausstoßstift, der das abzuholende Bauelement aus dem Haftverbund des Wafers lost. Dieser Vorrichtungsaufwand ist so hoch, daß ein möglichst kontinuierlicher Abholbetrieb anzustreben ist.
Die Bestuckkopfe 7 sind mit einer Vielzahl von revolverartig angeordneten Saugpipetten 12 versehen, mittels derer die Bauelemente 11 von den Wavern 10 entnommen und auf das Substrat 2 aufgesetzt werden können. Durch gleichsinniges Verfahren der beiden Basisteile entlang der Fuhrungsemheit wird dabei die Langslage des Bestuckkopfes, durch gegensinniges Verfahren hingegen die Querlage des Bestuckkopfes verändert. Dadurch werden mit den gleichen Antriebselementen beide Koordi- natenrichtungen bedient. Die Querbewegung kann so groß gehalten werden, daß die beiden Bestuckkopfe 7, ohne einander zu behindern, aneinander vorbeifahren können.
Der Querhub des Bestuckkopfes ist so hoch, daß dieser germg- fugig in den Bereich des anderen Bestuckkopfes übergreifen kann, um den Abholbereich und den Bestuckbereich lückenlos zu überdecken. Die Gelenkstabe 8 sind m Gelenken 13 der Basisteile 5,6 und Bestuckkopfes des Bestuckkopfes 7 gelagert. Die trapezförmige Abstutzung des Bestuckkopfes 7 mittels der Gelenkstabe 8 ergibt eine sehr stabile schwingungsarme Fi- xierlage beim Abholen bzw. Aufsetzen der Bauelemente 11.
Nach Figur 2 sind an beide Basisteile 5 Gelenkstabe 8 paral- lelogrammfor ig angesetzt, die in getrennten Gelenken 13 des Bestuckkopfes 7 enden. Wie in Figur 1 ist auch hier d e Verbindungslinie zwischen den Gelenken 13 der Basisteile 5 annähernd 45° schräg zur Längsrichtung der Fuhrungsemheit 4 geneigt. Durch diese Maßnahmen ergibt sich eine besonders stabile Abstutzung des Bestuckkopfes 7 m allen Winkellagen.

Claims

Patentansprüche
1. Vorrichtung zum Bestucken von Substraten (2) mit elektri¬ schen Bauelementen (11), wobei die Substrate (2) m einem Be- stuckfeld (3) der Vorrichtung fixierbar sind, wobei die Bauelemente (11) m einem Abholbereich (9) der Vor¬ richtung bereitstellbar sind, wobei die Vorrichtung zwei Handhabungssysteme für die Bauele¬ mente (11) aufweist, wobei em die Bauelemente handhabender Bestuckkopf (7) des
Handhabungssystems m zwei Koordinatenrichtungen zwischen dem Abholbereich (9) und dem Bestuckfeld (3) verfahrbar ist, wobei das Handhabungssystem eine lineare Fuhrungsemheit (4) aufweist, an der zumindest em Basisteil (5, 6) langsverfahr-
wobei der Bestuckkopf (7) über zumindest e Tragteil (z.B. 8) mit dem Basisteil (5, 6) quer verfahrbar verbunden ist und wobei die Fuhrungseinheiten (4) der beiden Handhabungssysteme zueinander parallel verlaufen zu beiden Seiten des Bestuck- feldes (3) angeordnet sind, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Abholbereich (9) zwischen den beiden Fuhrungseinheiten (4) angeordnet ist, daß jeder der beiden Bestuckkopfe (7) zumindest den halben Abholbereich (7) und das halbe Bestuckfeld (3) erreicht und daß der Abstand der Enden der Tragteile (z.B. 8) von den Fuhrungseinheiten (4) auf em Maß verringerbar ist, das em wechselseitiges Vorbeifahren der einander entgegenragenden Tragteile bzw. Bestuckkopfe ermöglicht.
2. Vorrichtung 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 zwei der Basisteile (5, 6) unabhängig voneinander an der Fuhrungsemheit (4) verfahrbar sind, daß die Tragteile als Gelenkstabe (8) ausgebildet sind, die m Gelenken (13) der Basisteile (5, 6) und des Bestuckkopfes enden, daß die beiden Gelenkstabe (8) der Basisteile (5, 6) zueinander trapezförmig geneigt zum Bestuckkopf (7) hm verlaufen und daß an einem der beiden Basisteile (5) em dritter Gelenkstab (8) zur Bildung einer Parallelogra mfuhrung für den Bestuckkopf (7) angesetzt ist.
3. Vorrichtung 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 Basisteile (5, 6) und die Fuhrungsemheit (4) als Li- nearmotoren ausgebildet sind.
4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß eine Verbindungslinie zwischen den Gelenken 13 für die parallelogrammbildenden Gelenkstabe (8) schräg zur Längsrichtung der Fuhrungsemheit (4) verlauft.
5. Vorrichtung nach Anspruch 2, 3 oder 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß auch das andere Basisteil (5) über prallelogrammartig angeordnete Gelenkstabe (8) mit dem Bestuckkopf (7) verbunden
daß der Bestuckkopf zwei zusätzliche Gelenke für diese beiden Gelenkstabe (8) aufweist.
PCT/DE2000/000289 1999-02-12 2000-02-01 Vorrichtung zum bestücken von substraten mit elektrischen bauelementen mittels mehrerer unabhängiger handhabungssysteme WO2000048442A1 (de)

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