WO2001076344A1 - Vorrichtung zum bestücken von substraten mit elektrischen bauelementen - Google Patents

Vorrichtung zum bestücken von substraten mit elektrischen bauelementen Download PDF

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WO2001076344A1
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Mohammad Mehdianpour
Reinhard Pittschellis
Rainer Rohm
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Siemens Production And Logistic Systems Ag
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    • 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
    • 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
    • H05K13/0411—Pick-and-place heads or apparatus, e.g. with jaws having multiple mounting heads

Definitions

  • the invention relates to a device for equipping substrates with electrical components, the substrates being transportable on a linear transport path and being fixable in an assembly field of the transport path, with parking spaces for supply units with pick-up points for the components being lined up to the side of the transport line, the pick-up points are arranged in the vicinity of an end face of the feed units, two longitudinal guides perpendicular to the transport path being arranged on both sides of a central region of the placement field, two transverse positioning arms being movable on each of the longitudinal guides, on which a placement head with a gripper for handling the components is movable.
  • Such a device is e.g. made known by US 5,002,448.
  • the feed units consist of flat, interchangeable modules with component belts, which are lined up in the transport direction of the substrates in such a way that their pick-up locations are close to the placement area. Since the two positioning arms overlap one another, they cannot be loaded at the same time, but one of them must then dodge each of the feed units. In the case of placement heads with a large number of suction pipettes for the components, this can lead to no-load operation, in particular when the collection of the components is considerably faster than the placement can take place.
  • each of the positioning arms can only access the components that are arranged on its side of the device. For example, weighing components required from one side, the other positioning arm with its placement head will have to remain largely inactive.
  • EP 03 15 799 AI discloses a placement device in which the placement head is attached to one end of a telescopic positioning arm and can be moved in the axial direction of the positioning arm.
  • the displacement of the placement head is limited by the length of the movable inner telescopic arm and the required minimum length of overlap with the stationary outer telescopic arm.
  • a placement device for substrates which has a linear transport path on which the substrates can be transported and fixed in a placement field. Parking spaces for at least two rows of feed units with pick-up spaces for the components are arranged to the side of the transport route.
  • two longitudinal guides are attached to a chassis of the device, a placement head with at least one gripper for handling the components being movable on each longitudinal guide.
  • the transverse positioning arms are aligned in opposite directions for the simultaneous assembly of two different circuit boards.
  • the pivotable, robot-like positioning arms of an insertion device face each other and overlap in their range of motion. Two consecutive placement places for one substrate each are provided on the transport route.
  • the parking spaces for two rows of the feed units are also provided on one side of the transport route, the end faces of the feed units facing one another and the pick-up spaces in two closely adjacent ten rows are lined up on both sides of a central axis perpendicular to the transport route.
  • the object of the invention is to increase the placement performance and / or to improve the degree of utilization of the placement heads.
  • the positioning arms which are shortened to almost half the length of the assembly field, can be made considerably lighter with high rigidity and good vibration behavior. You can drive past each other unhindered, only care being taken to ensure that the placement heads are retracted accordingly.
  • the additional relative movement between the feed units and the gripper makes it possible for the gripper to access the pick-up locations on the other side of the central axis.
  • each of the two portals can only serve a little more than half the placement field, but since all components can be reached for each placement head, the work content can be distributed well over both halves of a substrate fixed in the central area. In the case of smaller substrates, it is also possible to insert two substrates on both sides of the central axis (M) into the assembly field at the same time and to fully mount them without mutual interference.
  • the longitudinal guide can be kept so short that it covers the pick-up locations of the two rows and the width of the placement field.
  • the number of feed units is not determined by the length of the movable positioning arms, but by the length of the Limited longitudinal guide anchored to the chassis, which can easily be extended to increase the variety of types of available components.
  • the carrier according to claim 3 can be moved between two fixed positions by e.g. the distance between the two rows of pick-up points is shifted so that both pick-up rows are alternately located in the access area of one of the two positioning systems.
  • the gripper does not have to perform any additional movement.
  • the overstroke of the gripper can be according to claim 3 by an adjustable, e.g. reach pivotable mounting on the placement head between a pick-up and a travel position, so that the gripper still reaches the second pick-up row in the pick-up position and that no parts of the placement head protrude beyond the free end of the positioning arm in the travel position.
  • an adjustable e.g. reach pivotable mounting on the placement head between a pick-up and a travel position
  • the placement heads can be extended so far beyond the free end of the positioning arm without additional adjustment means that their suction pipettes also reach the pick-up locations located beyond the central axis.
  • FIG. 1 shows a schematic side view of a device for equipping substrates with electrical components
  • FIG. 2 is a top view of the device in FIG. 1.
  • the device has a linear transport path 1 for plate-shaped substrates 2, which can be fixed in an assembly field 3 of the transport path 1 in different transport positions.
  • the feed units 4 extend parallel to the transport path 1 in such a way that their pick-up points 5 are lined up perpendicular to the transport direction.
  • the feed units (4) of both rows are oriented in the opposite direction, so that the end faces 12 with the pick-up points face one another and form two closely adjacent parallel rows.
  • a central axis (M) between the two rows of the pick-up locations 5 extends perpendicular to the transport route 1 through the center of the placement field 3.
  • longitudinal guides 7 are attached to a chassis 11 of the placement device and extend perpendicular to the transport path 1.
  • a transverse positioning arm 8 can be moved by means of a linear motor 13, along which a placement head 9 can be moved for handling the components ⁇ .
  • This is designed as a turret head and has a multiplicity of grippers 10 which protrude in a star shape and are designed, for example, as suction pipettes, for receiving a correspondingly large number of components 6.
  • the mutually opposing positioning arms 8 are kept so short that they do not quite reach the central axis M and that their ends do not touch each other as they pass.
  • the placement heads 9 are guided on the positioning arms 8 in such a way that they can be moved telescopically slightly beyond their free end.
  • the overstroke of the placement heads is kept so large that the grippers 10 can also reach the opposite row of pickups. This makes it possible for both placement heads 9 to have access to all components 6 and to overlapping partial areas of substrate 2.
  • the carrier 14 can be equipped with a lifting drive 15, by means of which it can be displaced perpendicular to the row direction of the pick-up locations 5 by the distance between the two rows.
  • a lifting drive 15 by means of which it can be displaced perpendicular to the row direction of the pick-up locations 5 by the distance between the two rows.

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Abstract

Zwei einander entgegengesetzt gerichtete Positionierarme (8) verfahren senkrecht zu einer linearen Transportstrecke (1) für Substrate (2). Die Positionierarme (8) sind so kurz gehalten, daß sie in einer Ebene problemlos aneinander vorbei fahren können. Bestückköpfe (9) sind teleskopisch über das freie Ende der Positionierarme (8) hinaus verfahrbar. Zu bei-den Seiten einer Mittelachse (M) zwischen den beiden Positio-nierarmen (8) sind Abholplätze (5) für Bauelemente (6) vorge-sehen und liegen im Abholbereich beider Bestückköpfe (9).

Description

Beschreibung
Vorrichtung zum Bestücken von Substraten mit elektrischen Bauelementen
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Bestücken von Substraten mit elektrischen Bauelementen, wobei die Substrate auf einer linearen Transportstrecke transportierbar und in einem Bestückfeld der Transportstrecke fixierbar sind, wobei seitlich der Transportstrecke Stellplätze für Zuführeinheiten mit Abholplätzen für die Bauelemente aneinandergereiht sind, wobei die Abholplätze in der Nähe einer Stirnseite der Zuführeinheiten angeordnet sind, wobei zu beiden Seiten eines Mittelbereiches des Bestückfeldes zwei zur Transportstrecke senkrecht stehende Längsführungen angeordnet sind, wobei an der jeder der Längsführungen zwei querstehende Positionierarme verfahrbar sind, an dem ein Bestückkopf mit einem Greifer zum Handhaben der Bauelemente verfahrbar ist.
Eine derartige Vorrichtung ist z.B. durch die US 5,002,448 bekannt geworden. Danach sind die beiden einander entgegenragenden Positionierarme so lang gehalten, daß sie beide das gesamte Bestückfeld überdecken. Die Zuführeinheiten bestehen aus flachen, mit Bauteilegurten belegten wechselbaren Modulen die in der Transportrichtung der Substrate derart aneinander gereiht sind, daß ihre Abholplätze in der Nähe des Bestückfeldes liegen. Da sich die beiden Positionierarme einander überlappen, können sie nicht gleichzeitig bestücken, sondern einer von ihnen muß dann jeweils bis über die Zuführeinheiten ausweichen. Bei Bestückköpfen mit einer Vielzahl von Saugpipetten für die Bauelemente kann dies zu Leerlauf führen, insbesondere als das Abholen der Bauelemente erheblich schneller als das Bestücken vonstatten gehen kann.
Ein weiterer Nachteil besteht darin, daß jeder der Positionierarme nur auf die Bauelemente zugreifen kann, die auf seiner Seite der Vorrichtung angeordnet sind. Werden z.B. über- wiegend Bauelemente von einer Seite benötigt, wird der andere Positionierarm mit seinem Bestückkopf weitgehend untätig bleiben müssen.
Ferner ist durch die EP 03 15 799 AI eine Bestückvorrichtung bekannt, bei der der Bestückkopf an einem Ende eines teleskopartig ausgebildeten Positionierarms angebracht und in der Achsrichtung des Positionierarms verfahrbar ist. Der Verschiebeweg des Bestückkopfes ist hierbei durch die Länge des verschiebbaren inneren Teleskoparms und die erforderliche Mindestlänge der Überlappung mit dem stationären äußeren Teleskoparm begrenzt.
Durch die DE 19707267 A ist ferner eine Bestückvorrichtung für Substrate bekannt geworden, die eine lineare Transportstrecke auf, auf der die Substrate transportierbar und in einem Bestückfeld fixierbar sind. Seitlich der Transportstrecke sind Stellplätze für zumindest zwei Reihen von Zuführeinheiten mit Abholplätzen für die Bauelemente angeordnet. Senkrecht zur Transportstrecke sind zwei Längsführungen an einem Chassis der Vorrichtung angebracht, wobei an jeder Längsführung ein Bestückkopf mit zumindest einem Greifer zum Handhaben der Bauelemente verfahrbar ist. Die querstehenden Positionierarme sind dabei zur gleichzeitigen Bestückung von zwei verschiedenen Leiterplatten in entgegengesetzten Richtungen ausgerichtet.
Nach der US 5 743 005 A sind die schwenkbaren roboterartigen Positionierarme einer Bestückvorrichtung einander zugewandt und überdecken sich in ihrem Bewegungsbereich. Auf der Transportstrecke sind zwei hintereinanderliegende Bestückplätze für je ein Substrat vorgesehen.
Nach der JP 9-321491 A sind ferner die Stellplätze für zwei Reihen der Zuführeinheiten auf einer Seite der Transportstrecke vorgesehen, wobei die Stirnseiten der Zuführeinheiten einander zugewandt und die Abholplätze in zwei eng benachbar- ten Reihen zu beiden Seiten einer zur Transportstrecke senkrechten Mittelachse aneinander gereiht sind.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Bestückleistung zu erhöhen und/oder den Nutzungsgrad der Bestückköpfe zu verbessern.
Diese Aufgabe wird durch die Erfindung gemäß Anspruch 1 gelöst.
Die annähernd auf die halbe Länge des Bestückfeldes verkürzten Positionierarme können bei hoher Steifigkeit und gutem Schwingungsverhalten erheblich leichter ausgebildet werden. Sie können ungehindert aneinander vorbeifahren, wobei lediglich darauf geachtet werden muß, daß die Bestückköpfe entsprechend zurückgezogen sind. Die zusätzliche Relativbewegung zwischen den Zuführeinheiten und dem Greifer ermöglicht es, daß dieser jeweils die Abholplätze auf der anderen Seite der Mittelachse zugreifen kann.
Zwar kann jedes der beiden Portale nur etwas mehr als das halbe Bestückfeld bedienen, da jedoch für jeden Bestückkopf sämtliche Bauelemente erreichbar sind, läßt sich der Arbeitsinhalt gut auf beide Hälften eines im Mittelbereich fixierten Substrats verteilen. Bei kleineren Substraten ist es außerdem möglich, zwei Substrate zu beiden Seiten der Mittelachse (M) zugleich in das Bestückfeld einzubringen und voll zu bestük- ken, ohne daß es dabei zu wechselseitigen Behinderungen kommen kann.
Bei einer Anordnung der Zuführeinheiten auf nur einer Seite der Transportstrecke kann die Längsführung so kurz gehalten werden, daß sie die Abholplätze der beiden Reihen und die Breite des Bestückfeldes überdeckt.
Die Anzahl der Zuführeinheiten ist nicht durch die Länge der verfahrbaren Positionierarme, sondern durch die Länge der stationär am Chassis verankerten Längsführung begrenzt, die zur Vergrößerung der Typenvielfalt der bereitstehenden Bauelemente problemlos verlängert werden kann.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet:
Der Träger nach Anspruch 3 kann mittels eines einfachen Hubantriebs zwischen zwei Fixpositionen um z.B. den Abstand zwischen den beiden Reihen der Abholplätze verschoben werden, so dass beide Abholreihen anwechselnd im Zugriffsbereich eines der beiden Positioniersysteme liegen. Der Greifer braucht hierbei keine Zusatzbewegung auszuführen.
Der Überhub des Greifers läßt sich nach Anspruch 3 durch eine verstellbare, z.B. schwenkbare Lagerung am Bestückkopf zwischen einer Abhol- und einer Verfahrposition erreichen , so daß der Greifer in der Abholstellung die zweite Abholreihe noch erreicht und daß in der Verfahrstellung keine Teile des Bestückkopfes über das freie Ende des Positionierarmes hinausragen. Dadurch kann jedes der beiden Positioniersysteme auf sämtliche Bauelemente beider Reihen zugreifen, ohne den Träger für die Zuführeinheiten verschieben zu müssen.
Durch eine teleskopische Lagerung nach Anspruch 4 können die Bestückköpfe ohne zusätzliche Verstellmittel soweit über das freie Ende des Positionierarms ausgefahren werden, daß ihre Saugpipetten auch die jenseits der Mittelachse liegenden Abholplätze erreichen.
Durch die Anordnung der Zuführeinheiten zu beiden Seiten der Transportstrecke nach Anspruch 5 kann ihre Anzahl verdoppelt werden.
Durch die Weiterbildungen nach den Ansprüchen 6 und 7 ist es möglich, die Arbeitsinhalte der Bestückvorrichtung gleichmä- ßig auf beide Teilbereiche zu verteilen, so daß beide Positioniersysteme voll ausgelastet werden können. Die relativ seltenen Substrate, die sich über die volle Länge des Bestückfeldes erstrecken, sind einer solchen Handhabung zwar nicht zugänglich. Allerdings kann auch beim Bestücken durch Übergreifen auf den anderen Teilbereich ein Ausgleich erzielt werden. Die weit überwiegende Anzahl der Substrate ist aber erheblich kürzer, so daß ihr Bestückschwerpunkt problemlos auf die Mittelachse eingestellt werden kann.
Im folgenden wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert.
Figur 1 zeigt schematisiert eine Seitenansicht einer Vorrichtung zum Bestücken von Substraten mit elektrischen Bauelementen,
Figur 2 eine Draufsicht auf die Vorrichtung auf Figur 1.
Nach den Figuren 1 und 2 weist die Vorrichtung eine lineare Transportstrecke 1 für plattenförmige Substrate 2 auf, die in einem Bestückfeld 3 der Transportstrecke 1 in unterschiedlichen Transportstellungen fixierbar sind. Zu beiden Seiten der Transportstrecke 1 sind auf einem stationären Träger 14 Stellplätze für je zwei Reihen von Zuführeinheiten 4 angeordnet, die im Bereich einer Stirnseite 12 Abholplätze 5 für elektronische Bauelemente 6 aufweisen. Die Zuführeinheiten 4 erstrecken sich parallel zur Transportstrecke 1 derart, daß ihre Abholplätze 5 senkrecht zur Transportrichtung aneinander gereiht sind.
Die Zuführeinheiten (4) beider Reihen sind in entgegengesetzter Richtung orientiert, so daß die Stirnseiten 12 mit den Abholplätzen einander zugewandt sind und zwei einander eng benachbarte parallele Reihen bilden. Eine Mittelachse (M) zwischen den beiden Reihen der Abholplätze 5 erstreckt sich senkrecht zur Transportstrecke 1 durch die Mitte des Bestückfeldes 3. Zu beiden Seiten des Bestückfeldes 3 sind an einem Chassis 11 der Bestückvorrichtung Längsführungen 7 angebracht, die sich senkrecht zur Transportstrecke 1 erstrecken. An jeder der Längsführungen 7 ist mittels eines Linearmotors 13 ein querstehender Positionierarm 8 verfahrbar, entlang dem ein Bestückkopf 9 zum Handhaben der Bauelemente β verfahrbar ist. Dieser ist als Revolverkopf ausgebildet und weist eine Vielzahl von sternförmig abstehenden, z.B. als Saugpipetten ausgebildeten Greifern 10 zur Aufnahme einer entsprechend großen Anzahl der Bauelemente 6 auf.
Es ist auch möglich, die beiden Längsführungen mit Abstand über dem Bestückfeld 3 und den Positionierarm nach beiden Seiten ragend unterhalb der Längsführung anzuordnen. Ein solche Bauweise verkürzt die freien Längen der Positionierarme.
Die einander entgegenragenden Positionierarme 8 sind so kurz gehalten, daß sie die Mittelachse M nicht ganz erreichen und daß ihre Enden im Vorbeifahren einander nicht berühren. Die Bestückköpfe 9 sind an den Positionierarmen 8 so geführt, daß sie teleskopartig geringfügig über deren freies Ende hinaus verfahrbar sind. Der Überhub der Bestückköpfe ist so groß gehalten, daß die Greifer 10 auch die jeweils gegenüberliegende Abholreihe erreichen können. Dadurch ist es möglich, daß beide Bestückköpfe 9 auf sämtliche Bauelemente 6 und auf einander überlappende Teilbereiche des Substrats 2 zugreifen können.
Alternativ zu oder in Kombination mit der teleskopischen Lagerung kann der Träger 14 mit einem Hubantrieb 15 ausgestattet sein, durch den er senkrecht zur Reihenrichtung der Abholplätze 5 um den Abstand zwischen den beiden Reihen verschoben werden kann. Dadurch können beide Abholreihen abwechselnd in den Zugriffsbereich jeweils eines der Bestückköpfe 9 gelangen, ohne daß dazu eine Verfahrbewegung des Greifers 10 über das Ende des Positionierarmes hinaus erforderlich ist.

Claims

Patentansprüche
2. Vorrichtung zum Bestücken von Substraten (2)- mit elektrischen Bauelementen (6), wobei die Substrate (2) auf einer linearen Transportstrecke (1) transportierbar und in einem Bestückfeld (3) der Transportstrecke (1) fixierbar sind, wobei seitlich der Transportstrecke (1) Stellplätze für zumindest zwei Reihen von Zuführeinheiten (4) mit Abholplätzen (5) für die Bauelemente (6) angeordnet sind, wobei die Abholplätze (5) in der Nähe einer Stirnseite (12) der Zuführeinheiten (4) angeordnet sind, wobei zu beiden Seiten eines Mittelbereichs des Bestückfeldes (3) zwei zur Transportstrecke (1) senkrecht stehende Längsführungen (7) an einem Chassis (11) der Vorrichtung angebracht sind, wobei an jeder der Längsführungen (7) ein querstehender Positionierarm (8) verfahrbar ist, entlang dem ein Bestückkopf (9) mit zumindest einem Greifer (10) zum Handhaben der Bauelemente (6) verfahrbar ist und wobei die in einer gemeinsamen Verfahrebene liegenden Positionierarme (8) einander entgegen ragen, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß auf zumindest einer Seite der Transportstrecke die Stellplätze für zumindest zwei zur Transportstrecke senkrechte Reihen der Zuführeinheiten (4) vorgesehen sind , daß die Stirnseiten (12) der beiden Reihen der Zuführeinheiten (4) einander zugewandt sind, deren Abholplätze (5) in zwei eng benachbarten Reihen zu beiden Seiten einer zur Transportstrecke senkrecht stehenden Mittelachse (M) angeordnet sind, daß die Mittelachse (M) durch den Mittelbereich des Bestückfeldes verläuft, daß die beiden Positionierarme (8) bis kurz vor die Mittelachse (M) zwischen den beiden Längsführungen (7) reichen und daß die Vorrichtung Mittel zum Erzeugen einer zusätzlichen Relativbewegung zwischen den Greifern (10) und den Zuführein- heiten (4) aufweist, durch die Abholplätze der jeweils jenseits der Mittelachse (M) liegenden Reihe in den Zugriffsbereich des Greifers (10) gelangen.
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 die Zuführeinheiten (4) auf zumindest einem Träger (14) fixierbar sind, und daß die der in der Transportrichtung um zumindest den halben Abstand zwischen den beiden Reihen der Abholplätze (5) verschiebbar ist.
3. 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 der Träger (14) am Chassis (11) stationär gelagert ist und daß der Greifer (10) über das freie Ende des Positionierarmes (8) hinaus bis über die jenseits der Mittelachse (M) angeordneten Abholplätze (5) verstellbar ist.
4. Vorrichtung 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 Bestückkopf (9) am Positionierarm (8) teleskopartig gelagert ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Zuführeinheiten (4) zu beiden Seiten der Transportstrecke (1) angeordnet sind.
6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß das Substrat (2) in der Transportrichtung veränderlich im Bestückfeld (3) mit Teilbereichen zu beiden Seiten der Mittelachse (M) fixierbar ist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß das Substrat (2) in der Transportrichtung im Bestückfeld derart justierbar ist, daß beide Teilbereiche mit annähernd der gleichen Anzahl der Bauelemente (6) bestückbar sind.
PCT/DE2001/000931 2000-03-31 2001-03-12 Vorrichtung zum bestücken von substraten mit elektrischen bauelementen WO2001076344A1 (de)

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