DE10006918A1 - Montagekopf für eine Flächenmontagevorrichtung - Google Patents

Abstract

Der Montagekopf der Flächenmontagevorrichtung hat einen Zahnstangenblock, der mit einer Zahnstange versehen ist, die durch ein von einer Antriebsquelle in Drehung versetztes Ritzel nach oben und unten bewegbar ist, einen Düsenschaft, der auf einer Seite der sich bewegenden Einheit installiert ist, eine Düse, die an dem unteren Ende des Düsenschafts festgelegt ist, um einen zu montierenden Baustein anzusaugen, und eine Antriebsquelle, die für die Drehung eines jeden Düsenschafts angeordnet ist. Mit einem solchen Montagekopf läßt sich der Abstand der Düsen entsprechend dem Abstand von zu montierenden Bausteinen leicht regulieren und ein Spiel bei der Montage des Bausteins auf einer Leiterplatte ausschließen.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Montagekopf einer Flächenmontagevorrichtung, dessen Abstand entsprechend einem Abstand eines aufzubringenden Bausteins leicht steuerbar ist und bei dem ein Spiel unterbunden wird, wenn ein Baustein auf einer Leiterplatte bzw. gedruckten Schaltungsplatte aufge­ bracht wird.

Die Entwicklung von elektrischen und elektronischen Produkten zu einer hohen Dichte, geringen Größe und breiter Vielfalt hin geht sehr schnell vor sich. Auch die Technologie der Montage auf Oberflächen unter Verwendung einer Flächenmontagevorrich­ tung zum Herstellen von Leiterplatten wird beschleunigt vor­ angetrieben.

Für das Aufbringen eines Bausteins auf eine Leiterplatte wird der Baustein von einem Vorrat herantransportiert, in eine Montageposition bezüglich der Leiterplatte gebracht und mit der Flächenmontagevorrichtung auf der Leiterplatte montiert.

Die Flächenmontagevorrichtung kann man nach ihrer Funktion in eine Hochgeschwindigkeitsvorrichtung und in eine Vorrichtung für Allgemeingebrauch unterteilen. Eine Hochgeschwindigkeits­ vorrichtung kann die Hochgeschwindigkeitsmontage ausführen, da sie dafür gebaut ist, viele Bausteine in kurzer Zeit zu mon­ tieren. Sie eignet sich deshalb für die Massenproduktion, wobei jedoch ihre Montagegenauigkeit verschlechtert wird.

Die Vorrichtung für den Allgemeingebrauch ermöglicht eine hohe Präzision, da sie so aufgebaut ist, daß sie für viele Baustei­ ne geeignet ist. Sie wird deshalb bei mittlerer und kleiner Produktion eingesetzt, wobei aufgrund der langsamen Monta­ gevorgänge ihre Produktivität schlecht ist.

Eine Flächenmontagevorrichtung hat eine Beschickungseinrich­ tung, auf die nachstehend als Bandbeschickungseinrichtung Bezug genommen wird, zum Zuführen eines zu montierenden Hau­ steins, ein X-Y-Portal zum Bestimmen einer Arbeitsposition, einen Förderer zum Tragen einer zu bearbeitenden Leiterplatte und einen Kopf zur Aufnahme des Hausteins von der Beschic­ kungseinrichtung und zum Anbringen der Vorrichtung auf der Leiterplatte in einer, regelmäßigen Sequenz. Gewöhnlich dient die Flächenmontagevorrichtung zum Anbringen eines elektroni­ schen Bausteins auf einer Leiterplatte bzw. gedruckten Schal­ tungsplatte.

Die Montagevorrichtung hat eine Basisanordnung, einen auf dem oberen Teil der Basisanordnung installierten Förderer zum Zuführen einer Leiterplatte, eine Beschickungseinrichtung zum Zuführen eines Bausteins oder eines Chips zum Anbringen an der Leiterplatte, eine Montagekopfanordnung zum Anbringen eines jeden von der Beschickungseinrichtung zugeführten Bausteins, einen Überwachungsabschnitt zum Belassen oder Korrigieren der Position des Bausteins und ein X-Y-Portal bzw. eine X-Y-Tisch, das bzw. der mit dem Überwachungsabschnitt und dem Montagekopf zum Bestimmen der Position durch den Tisch angeordnet ist.

Die Montagekopfanordnung hat einen Antrieb für den Montage­ kopf, eine Saugdüse zum direkten Ansaugen des Bausteins, eine Düsenfixiereinrichtung zum Fixieren des angesaugten Bausteins und eine Düsenaustauschvorrichtung zum Austauschen der Düse.

Der Montagekopf wird z. Zt. so gebaut, daß er längs einer R-Achse zum Drehen um 360° zur Steuerung des Drehwinkels des von der Düse angesaugten Bausteins und längs einer Z-Achse für eine Bewegung nach oben und unten zum Ansaugen des Bausteins durch die Düse bewegbar ist. Der Düsenabschnitt des Montage­ kopfs ist an einem um 360° drehbaren Düsenschaft installiert. Der Düsenschaft wird durch die Antriebseinrichtung um die R-Achse gedreht und auf der Z-Achse durch das Ritzel und die Zahnstange einer weiteren Antriebseinheit nach oben und unten bewegt.

Der herkömmliche Montagekopf hat jedoch nur eine Antriebsein­ richtung für die Bewegung um die R-Achse und führt zwangsweise die Drehung um die R-Achse herbei, nachdem der Antriebsmotor mit dem Düsenschaft und einem Riemen verbunden worden ist.

Auch wenn der erste Düsenschaft, der mit der Antriebseinrich­ tung verbunden ist, genau mit dem Drehwinkel von der Antriebs­ einrichtung aufgenommen worden ist, ergeben sich Probleme für die zweite, dritte und vierte Düse dahingehend, daß ein Fehler des Rotationswinkels aufgrund eines Spiels auftreten kann, das sich durch den Schlupf des Riemens und durch den Abstand zwischen der mit dem Riemen verbundenen Düse ergibt. Deshalb kann der Drehwinkel des Düsenschafts nicht genau gesteuert werden, was dazu führt, daß der Baustein nicht korrekt ange­ saugt oder auf der Leiterplatte montiert werden kann. Bei der herkömmlichen Flächenmontagevorrichtung ist deshalb die Effi­ zienz der Montage und der Handhabung der Bausteine nicht optimal.

Die auf einer Fläche, wie auf einer Leiterplatte, zu montie­ renden Bausteine lassen sich in Halbleiterbausteine, die von einer Bandbeschickungseinrichtung zugeführt werden, und in andere Halbleiterbausteine unterteilen, die von einer Behäl­ ter-Beschickungseinrichtung zugeführt werden. Im Falle der Bandbeschickungseinrichtung kann die Flächenmontagevorrichtung mit den Bausteinen von Zuführrollen aus versorgt werden. Jede Rolle ist in einem vorgegebenen Abstand von der anderen an­ geordnet, wodurch sich eine gleicher Abstand bzw. eine gleiche Teilung ergibt. Dementsprechend kann jede Düse zu jedem Zeit­ punkt nur einen Baustein ansaugen.

In Fig. 1 ist der Aufbau eines Montagekopfs eines herkömm­ lichen Flächenmontagevorrichtung nach der US-A-5,377,405 gezeigt.

Diese Flächenmontagevorrichtung nach dem Stand der Technik hat einen Schlitten, eine Vielzahl von Aufnahmeeinrichtungen 124, von Fühleinrichtungen 122 und von Antriebsquellen 120. Die Fühleinrichtungen 122 stellen das Vorhandensein von elektroni­ schen Bausteinen fest, so daß diese gleichzeitig aufgenommen werden können. Bei der herkömmlichen Vorrichtung fehlen jedoch eine Antriebseinrichtung mit Peripherieeinrichtungen zum Bewegen des Montagekopfs. Jeder Montagekopf ist deshalb für eine gleichzeitige Bewegung durch eine Antriebsquelle 120 ausgelegt. Die an dem Montagekopf angebrachte Düse wird des­ halb gleichzeitig entsprechend dem Abstand des auf der Fläche zu montierenden Bausteins bewegt, der von der Beschickungsein­ richtung zugeführt wird.

Da jedoch im Falle einer Beschickungseinrichtung in Form eines Behälters die Größe des in sein Inneres einzubringenden Bau­ steins jeweils unterschiedlich ist, kommen auch kleine Bau­ steine in den Behälter, die nur einen geringen Abstand benöti­ gen. Da größere Bausteine jedoch einen weiteren Abstand bzw. eine weitere Teilung haben müssen, ist es schwierig, die Bausteine mit den herkömmlichen Düsen anzusaugen, weil diese mit einem gleichen Abstand ausgelegt sind und deshalb nur der Zuführung der Bausteine mit gleichem Abstand genügen können und, wenn die Bausteine mit unterschiedlichen Abständen zu­ geführt werden, in ihrer Produktivität schlechter werden.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht deshalb darin, diese Probleme zu beseitigen und einen Montagekopf für eine Flächenmontagevorrichtung bereitzustellen, bei welchem die R-Achsenpräzision erhöht wird, indem eine den Düsenschaft drehende Antriebseinrichtung vorgesehen wird, damit der Bau­ stein genau angesaugt und montiert werden kann, so daß der Montagekopf sowohl für gleiche Zuführabstände als auch für unterschiedliche Abstände in der Zuführung der Bausteine, wie sie bei der Behälterbeschickung vorkommen, geeignet ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Montagekopf einer Flächenmontagevorrichtung gelöst, der einen Zahnschie­ nenblock, welcher mit einer Zahnschiene versehen ist, die durch ein von einer Antriebswelle angetriebenes Ritzel nach oben und unten bewegt wird, einen Düsenschaft, der auf einer Seite der sich bewegenden Einrichtung angeordnet ist, eine Düse, die am unteren Ende des Düsenschafts festgelegt ist, um einen zu montierenden Baustein anzusaugen, und eine Antriebs­ quelle aufweist, die entsprechend jedem Düsenschaft für eine Drehung mit der Düse installiert ist.

Anhand von weiteren Zeichnungen wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 2 perspektivisch einen erfindungsgemäßen Montagekopf für eine Flächenmontagevorrichtung und

Fig. 3 den Montagekopf von Fig. 2 in einer Seitenansicht.

Der in Fig. 2 und 3 gezeigte Montagekopf hat einen quer an­ geordneten Fixierungspunkt 12 und einen Bewegungsblock 14, der so angeordnet ist, daß er längs des Fixierungsblocks 12 in Fig. 2 nach rechts und links bewegt werden kann. Vom vorderen Abschnitt des Bewegungsblocks 14 ist eine aufrechtstehende Platte 16 angeordnet.

An dar Platte 16 ist in Fig. 2 auf ihrer vorderen linken Seite eine Halteplatte 18 angeordnet, die an ihrem vorderen Ab­ schnitt mit einer Kamera 100 für eine Informierung über die Position des an einer Leiterplatte 52 zu montierenden Bau­ steins versehen ist. An der Platte 16 ist in Fig. 2 an ihrem vorderen rechten oberen Abschnitt ein Bügel 22 befestigt, während an ihrem linken Ende quer ein Antriebsmotor 20 vor­ gesehen ist, der eine Riemenscheibe 24 trägt. Der Antriebs­ motor 20 ist an seinem unteren Abschnitt mit einer Kugelspin­ delmutter 31 versehen, die sich in Fig. 2 nach links und rechts bewegen kann, weil sie mit einer Kugelspindel 28 gekop­ pelt ist, auf der eine Riemenscheibe 26 sitzt.

Rechts von der Platte 16 ist senkrecht eine Bewegungsplatte 36 angeordnet, an der die Kugelspindelmutter 30 festgelegt ist, die auf der Kugelspindel 28 mit ihrem in Fig. 2 rechten Ab­ schnitt sitzt. Die Platte 16 und die Bewegungsplatte 36 sind an ihrem rückseitigen Teil jeweils mit Linearbewegungsblöcken 32 und 34 versehen, die mit einem X-Achsenrahmen 10 für eine Gleitverschiebung in Fig. 2 nach links und rechts gekoppelt sind.

Die auf einer Seite des Motors 20 angeordnete Riemenscheibe 24 und die auf der anderen Seite der Kugelspindelmutter 31 an­ geordnete Scheibe 26 sind durch einen Riemen 60 verbunden. Der mit den Scheiben 24 und 26 verbundene Riemen 60 wird durch Aktivierung des Motors 20 umlaufen gelassen, wodurch die Kugelspindel 28 in Drehung versetzt wird. Die Platte 16 trägt an ihrem unteren Abschnitt ein Paar von Zahnstangenblöcken 54, die auf ihrer einen Seite mit einer Zahnstange 50 versehen sind. Die Platte 36 trägt an ihrem unteren linken Abschnitt ein Paar von Zahnstangenblöcken 54, die auf ihrer einen Seite mit einer Zahnstange 50 versehen sind. Jeder Zahnstangenblock 54, der auf der Seite der Platte 16 angeordnet ist, bewegt sich aufgrund des Zusammenwirkens der Zahnstange 50 und eines Ritzels 48 vertikal. Der Zahnstangenblock 54, der auf der Seite der Platte 36 angeordnet ist, bewegt sich ebenfalls vertikal, ohne die Bewegung des Zahnstangenblocks 54 zu be­ rücksichtigen, der sich auf der Seite der Platte 16 befindet. Die Bewegung der Zahnstangenblöcke 54 und somit der Platten 16 und 36 erfolgt somit unabhängig voneinander.

Der Zahnstangenblock 54 ist an seinem unteren Ende mit einem ersten Düsenschaft 51 und einem zweiten Düsenschaft 43 ver­ sehen, welche eine erste Düse 40 bzw. eine zweite Düse 42 aufweisen. Der erste Düsenschaft 41 und der zweite Düsenschaft 43 sind mittig mit einem Antriebsmotor so verbunden, daß der erste Düsenschaft 41 und der zweite Düsenschaft 43 gedreht werden. Dementsprechend werden auch die erste Düse 40 und die zweite Düse 42 gedreht.

Die Antriebsmotoren 56 haben in ihrer Mitte eine Durchgangs­ bohrung. Der erste, zweite, dritte und vierte Düsenschaft 41, 43, 45 bzw. 47 haben in ihrer Mitte eine nicht gezeigte Durchgangsbohrung für eine Verbindung mit der Durchgangsboh­ rung in den Düsen 40, 42, 44 bzw. 46.

An der Bewegungsplatte 36 sind der dritte Düsenschaft 45 und der vierte Düsenschaft 47 so angebracht, daß sie die gleiche Höhe wie der erste Düsenschaft 41 und der zweite Düsenschaft 43 haben.

Die Bewegungsplatte 36 ist an ihrem vorderen Abschnitt mit einem Paar von Zahnstangenblöcken 54 mit Zahnstangen 50 ver­ sehen, in die Ritzel 48 für eine Aufwärts- und Abwärtsbewegung eingreifen. Die Ritzel 48 können durch eine nicht gezeigte Antriebsquelle gedreht werden, wodurch die mit ihnen in Ein­ griff stehenden Zahnstangen 50 und dadurch die Zahnstangen­ blöcke 54 sich gerade nach oben und unten bewegen.

Jeweils ein Zahnstangenblock 54 ist an seinem unteren Ende mit dem dritten Düsenschaft 45 und dem vierten Düsenschaft 47 ver­ sehen, welche die dritte Düse 44 bzw. die vierte Düse 46 aufweisen. Der dritte Düsenschaft 45 und der vierte Düsen­ schaft 47 sind mittig mit einem Antriebsmotor 56 verbunden. Wenn der Antriebsmotor 56 aktiviert wird, werden der dritte Düsenschaft 45 und der vierte Düsenschaft 47 zusammen mit der dritten Düse 44 bzw. der vierten Düse 46 um die R-Achse ge­ dreht.

Bei dem erfindungsgemäßen Montagekopf sind die erste Düse 40, die zweite Düse 42, die dritte Düse 44 und die vierte Düse 46 am unteren Ende des ersten Düsenschafts 41, des zweiten Düsen­ schafts 43, des dritten Düsenschafts 45 bzw. des vierten Düsenschafts 47 angeordnet.

Der erste Düsenschaft 41, der zweite Düsenschaft 43, der dritte Düsenschaft 45 und der vierte Düsenschaft 47 sitzen jeweils auf einem Zahnstangenblock 54. Die Düsenschäfte 41, 43, 45 und 47 haben mittig einen Antriebsmotor 56 für ihre Drehung, wodurch die Düsen 40, 42, 44 bzw. 46, die an ihrem unteren Ende angeordnet sind, sich auf der Basis der R-Achse drehen können.

Die Düsen 40, 42, 44 und 46 können den Baustein von der Be­ schickungseinrichtung korrekt absaugen. Wenn die Düsen 40, 42, 44 und 46 den Baustein auf der Leiterplatte montieren, kann ein Spiel aufgrund der Zeitdifferenz auf der Basis der R-Achse unterbunden werden und gleichzeitig kann der Baustein nach der Verschiebung in Querrichtung und Längsrichtung und über ver­ schiedene Winkel montiert werden.

Die an dem Antriebsmotor 20 vorgesehene Riemenscheibe 24 und die Riemenscheibe 26, an der die Kugelspindel 28 sitzt, sind, wie erwähnt, miteinander durch den Riemen 60 verbunden. Durch Drehen des Antriebsmotors 20 dreht sich die mit dem Riemen verbundene Kugelspindel 28 und bewegt dadurch die Platte 36 in Fig. 2 nach links oder rechts, abhängig von der Drehrichtung.

Die Platte 16 ist am unteren rechten Abschnitt mit einer ersten Düsenanordnung 102 und einer zweiten Düsenanordnung 104 versehen, die auf einem Paar von Zahnstangenblöcken 54 sitzen, welche auf einer Seite Zahnstangen aufweisen.

Die Bewegungsplatte 36 ist mit einer dritten Düsenanordnung 106 und einer vierten Düsenanordnung 108 versehen, die der ersten Düsenanordnung 102 bzw. der zweiten Düsenanordnung 104 entsprechen.

Die erste Düsenanordnung 102, die zweite Düsenanordnung 104, die dritte Düsenanordnung 106 und die vierte Düsenanordnung 108 weisen die erste Düse 40, die zweite Düse 42, die dritte Düse 44 und die vierte Düse 46, den ersten Düsenschaft 41, den zweiten Düsenschaft 42, den dritten Düsenschaft 45 bzw. den vierten Düsenschaft 47 und die Antriebsmotore 56 für jeden Düsenschaft auf.

Wenn der Antriebsmotor 20 aktiviert wird, drehen sich die mit dem Riemen 60 verbundenen Riemenscheiben 24 und 26. Dadurch wird die Kugelspindel 28 gedreht, so daß die Platte 36 längs des X-Achsenrahmens 10 gerade bewegt wird. Dadurch wird der Abstand zwischen der ersten Düsenanordnung 102 und der zweiten Düsenanordnung 104 zu der dritten Düsenanordnung 106 bzw. der vierten Düsenanordnung 108 immer größer und der Abstand ändert sich um eine vorgegebene Distanz entsprechend dem Abstand zwischen den gerade zugeführten Bausteinen.

Die obige Beschreibung betrifft den Fall, daß der Abstand der zu montierenden Bausteine groß ist. Durch Drehen des Antriebs­ motors 20 in die Vorwärts- und Rückwärtsrichtung können die Bewegungsplatte 36 mit der dritten Düsenanordnung 106 und der vierten Düsenanordnung 108 nach links und rechts bewegt wer­ den, wodurch auf einfache Weise eine gesteuerte Anpassung an Hausteine mit geringem Abstand vorgenommen werden können.

Wie vorstehend beschrieben wird erfindungsgemäß die gewünschte Präzision dadurch verbessert, daß ein Spiel durch einen Riemen ausgeschlossen und die Taktzeit verkürzt werden kann, da Bausteine unterschiedlicher Größe leicht aufgenommen werden können. Da der Montagekopf auch bezüglich des Ansaugens von Bausteinen mit geringem Abstand reguliert werden kann, können viele Bausteine gehandhabt werden.

Claims (8)

1. Montagekopf einer Flächenmontagevorrichtung

• - mit Bewegungseinrichtungen, von denen jede einen Zahn­ stangenblock (54) aufweist, der mit einer Zahnstange (50) versehen ist, die durch Drehung eines von einer Antriebsquelle in Drehung versetzten Ritzels (48) nach oben und unten bewegt wird,
• - mit einem Düsenschaft (41, 43, 45, 47), der auf einer Seite einer Bewegungseinrichtung angeordnet ist und an deren unterem Ende jeweils eine Düse (40, 42, 44, 46) zum Ansaugen eines zu montierenden Bausteins vorgesehen ist, und
• - mit einer Antriebsquelle (56), die entsprechend für jeden Düsenschaft (42, 43, 45, 47) zum Drehen jeder Düse (40, 42, 44, 46) angeordnet ist.

2. Montagekopf nach Anspruch 1, bei welchem die Antriebs­ quelle (56) ein Servomotor ist.

3. Montagekopf nach Anspruch 1 oder 2, bei welchem die mit dem Düsenschaft (41, 43, 45, 47) versehene Antriebsquelle (56) in ihrer Mitte ein Durchgangsloch aufweist, das mit der Düse (40, 42, 44, 46) verbunden ist.

4. Montagekopf einer Flächenmontagevorrichtung

• - mit einer Führungseinrichtung (12, 14, 16) für eine Bewegung längs eines X-Achsenrahmens (10) seitlich nach links oder rechts,
• - mit einer Antriebsquelle (20), die an dem ersten Ab­ schnitt der Führungseinrichtung (12, 14, 16) angeordnet und an ihrem Ende mit einer Riemenscheibe (24) versehen ist,
• - mit Bewegungseinrichtungen (28, 30), die an dem unteren Abschnitt der Antriebsquelle (20) für eine Trennung um einen vorgegebenen Abstand davon angeordnet sind,
• - mit einer Bewegungsplatte (36), die auf einer Seite der Führungseinrichtung (12, 14, 16) für eine Geradbewegung durch die Bewegungseinrichtung (28, 30) angeordnet ist,
• - mit einer ersten Düsenanordnung (102) und einer zweiten Düsenanordnung (104), die an dem unteren Abschnitt der Führungseinrichtung (12, 14, 16) angeordnet sind, und
• - mit einer dritten Düsenanordnung (106) und einer vierten Düsenanordnung (108), die an der Bewegungsplatte (36) angeordnet sind.

5. Montagekopf nach Anspruch 4, bei welchem die Führungsein­ richtung einen sich bewegenden Block (14) für eine Bewe­ gung mit einem Fixierungsblock (12) und eine an dem sich bewegenden Block (14) installierte Platte (16) aufweist.

6. Montagekopf nach Anspruch 4 oder 5, bei welchem die An­ triebsquelle (20) ein Servomotor ist.

7. Montagekopf nach einem der Ansprüche 4 bis 6, bei welchem die Bewegungseinrichtungen eine Kugelspindel (28) und eine Kugelspindelmutter (30), die für eine Trennung von der Antriebsquelle (20) installiert sind, und einen Riemen (60) zum Drehen der Kugelspindel (28) aufweisen.

8. Montagekopf nach einem der Ansprüche 4 bis 7, bei welchem die dritte Düsenanordnung (106) und die vierte Düsenanord­ nung (108) an der Bewegungsplatte (36) festgelegt sind, um den Abstand zu der ersten Düsenanordnung (102) und der zweiten Düsenanordnung (104) durch Bewegen der Platte (36) zu regulieren.