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Technisches Gebiet
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Die
Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Ermitteln einer optimalen
Reihenfolge zum Bestücken von Substraten mit Bauelementen
durch einen Bestückungsautomaten.
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Stand der Technik
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Bei
einer Bestückung von Substraten, insbesondere Leiterplatten,
mit Bauelementen werden so genannte Bestückungsautomaten
eingesetzt. Dabei werden die Bauelemente üblicherweise
von einer so genannten Zuführeinrichtung an bestimmten
Abholpositionen bereitgestellt und von dort von zumindest einem
Bestückkopf abgeholt. Der Bestückkopf kann eine
oder auch mehrere Bauelementehalter, wie beispielsweise Saugpipetten,
Greifer, etc., aufweisen, so dass gleichzeitig ein oder mehrere
Bauelemente transportiert werden können. Der Bestückkopf
kann mittels eines Positioniersystems innerhalb eines vorgegebenen
Arbeitsbereiches positioniert werden. Nach dem Abholen werden die
Bauelemente vom Bestückkopf zu einer Bestückposition
transportiert und auf dem zu bestückenden Substrat an vorgegebenen
Positionen aufgesetzt.
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Das
Aufsetzen der Bauelemente an den vorgegebenen Positionen wird anhand
eines so genannten Bestückprogramms durchgeführt.
Vom Bestückprogramm, welche vor dem Bestücken
erstellt wird, wird üblicherweise eine Abfolge für
einen Ablauf der Bestückung eines Substrats festgelegt.
Dabei wird von einer Beschreibung für die jeweilige Bestückung – der
so genannten Leiterplattenbeschreibung – ausgegangen. Diese
Beschreibung umfasst beispielweise ein Design des zu bestückenden
Substrats, Beschreibungen verwendeter Bauelemente, etc.
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Weiters
können bei der Erstellung des Bestückprogramms
noch Informationen über eine Bauelementerüstung,
eine Zuordnung von Bestückpositionen zu Bestückköpfen
des verwendeten Bestückungsautomaten, etc. berücksichtigt
werden.
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Aufgrund
des Designs des zu bestückenden Substrats, insbesondere
wegen einer steigenden Bauteildichte, weiterer Miniaturisierung
von Substrat und/oder der darauf aufgebrachten Schaltungen bzw. wegen
Verwendung bestimmter Bauelemente kommt es immer häufiger
zu von einander abhängigen Bestückpositionen.
Beziehungen zwischen solchen abhängigen Bestückpositionen
werden auch als Präzedenzen bezeichnet. Diese Präzedenzen
müssen üblicherweise beim Erstellen des Bestückprogramms berücksichtigt
werden, da sonst durch eine eventuell falsch gewählte Reihenfolge
des Bestückens aufgrund der Präzedenzen Kollisionen
auftreten können.
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Abhängige
Bestückpositionen können sich aufgrund unterschiedlicher
Ursachen ergeben. Es entsteht z. B. eine Präzedenz, wenn
ein kleines Bauelement an einer Position unter einem großen
Bauelement wie z. B. einem Plastic Leaded Chip Carrier (PLCC) bestückt
werden muss. Um in einer solchen Situation keinen Konflikt zu erzeugen,
muss beispielsweise das kleine Bauelement vor dem großen PLCC
auf dem Substrat angebracht werden. Das kleine Bauelement wird also
durch den PLCC abgedeckt bzw. abgeschirmt. Ähnliche abhängige
Bestückpositionen ergeben sich dann auch, wenn z. B. Bauelemente übereinander
(z. B. auf Sockeln) oder auf so genannten Abschirmungen angebracht
werden sollen.
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Ein
weiteres Beispiel für eine abhängige Bestückposition
ergibt sich, wenn ein kleines Bauelement an einer Position in unmittelbarer
Nähe eines großen Bauelements wie z. B. eines
Elektrolytkondensators (ELCO) aufgesetzt werden muss. Würde in
diesem Fall beispielsweise der ELCO zuerst bestückt werden,
so könnte eventuell beim nachherigen Bestücken
des kleinen Bauelements durch den Bauelementehalter der ELCO von
seiner Bestückposition verschoben werden. D. h. es tritt
eine Kollision des Bauelementehalters mit einer auf dem Substrat
bereits angebrachten Komponente auf. Eine derartige Kombination
aus Bauelementen und Bauelementehalter wird auch als verschattet
bezeichnet.
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Um
Kollisionen aufgrund abhängiger Bestückpositionen
zu vermeiden, ist es notwendig, beim Bestücken bzw. beim
Erstellen des Bestückprogramms die Beziehungen dieser abhängigen
Bestückpositionen – d. h. die Präzedenzen – zu
berücksichtigen. Bisher werden eventuell auftretende Kollisionen
dadurch behoben, indem eine Rüstung des Bestückautomaten
mit Bauelementen manuell derart verändert wird, dass abhängige
Bestückpositionen in richtiger und damit kollisionsfreier
Reihenfolge bestückt werden. Alternativ ermöglicht
das System SIPLACE PRO von der Firma Siemens ab seiner dritten Version,
Präzedenzen zu definieren, welche dann beim Erstellen bzw.
Optimieren des Bestückprogramms, insbesondere bei der Rüstung
mit Bauelementen berücksichtigt werden. Damit wird eine
konfliktfreie Rüstung und Bestückreihenfolge ermöglicht.
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Beide
genannten Vorgehensweise, um Kollisionen beim Bestücken
zu verhindern, weisen allerdings den Nachteil auf, dass beim die
Präzedenzen bereits vor dem Bestücken bzw. vor
dem Erstellen des Bestückprogramms bereits bekannt sein
müssen, damit diese Präzedenzen berücksichtigt
und Kollisionen beim Bestücken vermieden werden können.
Das bedeutet, dass beispielsweise bereits beim Design auf abhängige
Bestückpositionen geachtet bzw. diese vermieden werden
sollten oder dass nach dem Design die abhängigen Bestückpositionen
manuell ermittelt werden müssen.
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In
der Schrift
EP 1 189
497 A2 wird eine andere Methode zum Ermitteln von abhängigen
Bestückpositionen dargestellt. Diese Schrift beschreibt ein
Verfahren zum Bestücken von Substraten, bei dem während
eines Bestückungsvorgangs geprüft wird, ob eine
Kollision (z. B. durch einen anderen Bauteil, durch den Bauelementehalter)
auftritt. Wird eine Kollision festgestellt, so wird zuerst versucht,
ob eine Korrektur z. B. durch leichte Änderung der Bauelementhalter-Bewegung,
durch Veränderung der Bestückposition für
den Bauteil, etc. möglicht ist. Ist kein Verhindern der
Kollision während des Bestückens durch Korrektur
möglich, so wird das Bauelement in einer Sammelstation
abgelegt. Damit weist das in der Schrift
EP 1 189 497 A2 beschriebe
Verfahren den Nachteil auf, bei nicht korrigierbaren Kollisionen
bestimmte Bauteile nachträglich (z. B. manuell) bestückt
werden müssen. Zusätzlich werden auch abhängige
Bestückpositionen aufgrund von Verschattungen nicht erkannt,
da für jeden einzelnen Bestückungsvorgang (d.
h. für jedes Aufsetzen eines Bauelements) auf eine mögliche
Kollision geprüft wird.
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In
der Schrift
US 5,266,877 wird
ein Verfahren offenbart, bei dem numerische Kontrolldaten für interaktive
Bestückungsautomaten generiert werden. Bei diesem Verfahren
wird während der Erstellung der numerischen Kontrolldaten
geprüft, ob während einzelner Bestückungsvorgänge
Kollisionen mit anderen Bauteilen oder mit dem für die
Bestückung vorgesehen Bauelementehalter auftreten. Bei
einer festgestellten Kollision wird diese auf einer Anzeige dargestellt
bzw. eine Alarmmeldung erstellt. Das in der Schrift
US 5,266,877 beschriebene Verfahren
ermöglicht dann eine manuelle Änderung dieses
Bestückungsvorgangs und eine Kollisionsprüfung
für diese Änderung. Wird keine Änderung
durchgeführt oder ist diese nicht möglich, so
wird dieser Bestückungsvorgang als „manuell durchzuführen"
vermerkt, wodurch nach dem Bestücken ein zusätzlicher
Aufwand durch manuelles Nachbestücken entsteht. Mit dem
in der Schrift
US 5,266,877 beschriebenen
Verfahren können zwar Kollisionen festgestellt werden,
aber es werden aufgrund durch die Bestückung auftretende Präzedenzen
nicht berücksichtigt, noch werden abhängige Bestückpositionen
als Basie für eine Optimierung der Bestückreihenfolge
ermittelt, da nur einzelne Bestückungsvorgänge
für einzelne Bauelemente betrachtet werden.
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Darstellung der Erfindung
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Der
Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben,
durch welches auf einfache Weise bereits vor Bestückung
eines Substrats bzw. vor Erstellen eines Bestückprogramms
automatisch abhängige Bestückpositionen ermittelt werden
können.
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Die
Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch ein Verfahren der eingangs
angegebener Art, wobei vor dem Bestücken, welches von zumindest
einem Bestückkopf mittels zumindest eines Bauelementehalters
anhand eines Bestückprogramms durchgeführt wird,
Daten des zu bestückenden Substrats, der zu bestückenden
Bauelemente und der Bauelementehalter erhoben werden. Dann werden
auf Basis dieser Daten Beziehungen zwischen Bestückpositionen, insbesondere
Beziehung abhängiger Bestückpositionen, automatisch
festgestellt und analysiert. Aufgrund dieser Analyse werden kritische,
abhängige Bestückpositionen ermittelt werden und
dann exakte Beschreibungen dieser kritischen, abhängigen
Bestückpositionen ausgegeben.
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Der
Hauptaspekt des erfindungsgemäß vorgeschlagenen
Verfahrens besteht darin, dass automatisch auf Basis von Substrat-,
Bauelement-, Bestückkopf- und Bauelementhalterdaten die
Beziehungen zwischen den Bestückpositionen auf einfache Weise
analysiert werden. Damit sind noch vor dem Erstellen des Bestückungsprogramms
und vor dem Bestücken des Substrats kritische, abhängige
Bestückpositionen bzw. Präzedenzen bekannt und
können beim Generieren des Bestückprogramms berücksichtigt
werden. Dies stellt eine erhebliche Zeitersparnis dar, da kritische,
abhängige Bestückposition bzw. Präzedenzen
nicht aufwendig anhand z. B. des Designs gesucht werden müssen.
Zusätzlich wird durch das erfindungsgemäße
Verfahren auf mögliche kritische Stellen auf dem Substrat
bzw. beim Design der auf dem Substrat aufzubringenden Schaltung
aufmerksam gemacht. Es besteht daher Möglichkeit, ohne
großen Aufwand noch Änderungen am Design vorzunehmen.
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Vorteilhaft
umfassen die erhobenen Daten bei den Daten des zu bestückenden
Substrats Bestückpositionen sowie Verdrehung von zu bestückenden
Bauteilen (z. B. ein Bauelement kann im Bezug auf ein anderes Bauelement
um 90° gedreht aufgebracht werden), bei den Daten der zu
bestückenden Bauteile Höhe sowie geometrische
Form dieser Bauteile und bei den Daten des Bestückkopfs
Daten wie verwendete Bauelementehalter (z. B. Saugpipetten, etc.),
deren geometrische Form und Abmessungen sowie die Toleranzen, mit
welchen bestückt wird. Damit können anhand dieser
Daten, die üblicherweise bereits z. B. für das
Erstellen des Bestückprogramms oder z. B. beim Design – oft
in elektronischer Form – ermittelt werden, auf einfache
Weise die Beziehungen zwischen den Bestückpositionen analysiert
werden.
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Es
ist außerdem günstig, wenn die kritischen, abhängigen
Bestückpositionen in Abhängigkeit von Größe,
Höhe und/oder Position der Bauelemente ermittelt werden,
da beispielsweise niedrigere oder kleinere Bauelemente auch einen
näher beim zu bestückenden Substrat liegenden
Aufnahmepunkt durch den Bauelementehalter (z. B. Punkt, an welchem
eine Pipette für Transport und Aufbringen das Bauelement
ansaugt) aufweisen. Idealerweise werden daher Präzedenzen
derart festgelegt, dass kleinere und/oder niedrigere Bauelemente
vor größeren und/oder höheren Bauelementen
auf das Substrat aufgebracht werden.
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Zweckmäßigerweise
werden bei einer Ausgestaltung der Erfindung die kritischen, abhängigen Bestückpositionen
anhand von Bauelement-Bauelementhalter-Kombinationen ermittelt,
bei welchen Verschattungen festgestellt werden. Bei einem Bestückvorgang
wird der Bestückkopf mit Bauelementehalter und Bauelement
zur entsprechenden Bestückposition bewegt, dabei sind bestimmte
Toleranzbereiche zu berücksichtigen – wie beispielsweise
ein so genanntes Bauelementehalter-Rechteck, welches aufgrund kleiner
Abweichungen in x- und y-Richtung im Bezug auf einen Referenzpunkt
gebildet wird, oder ein radialer Toleranzbereich, von welchem eine
Rotation des Bauelementehalters berücksichtigt wird. Wird
nun erfindungsgemäß bei der Analyse eines Bestückungsvorgangs
mit einem ersten Bauelement automatisch festgestellt, dass es zu
einer Überscheidung eines Toleranzbereichs des Bauelementehalters
mit einem weiteren Bauelement – also zu einer Verschattung – kommen
würde, so wird auf einfache Weise die Präzedenz
erkannt, dass das erste Bauelement vor dem weiteren Bauelement zu
bestücken ist und kann in einem Bestückprogramm
bzw. beim Bestücken berücksichtigt werden.
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Eine
bevorzugte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die exakten
Beschreibungen der kritischen, abhängigen Bestückpositionen
derart gestaltet werden, dass diese in den jeweiligen Bestückprogrammen
weiter verarbeitet werden können. Dabei hat es sich als
günstig erwiesen, wenn die exakten Beschreibungen der kritischen,
abhängigen Bestückpositionen bei Optimierung einer
Bauelementerüstung, einer Zuordnung der Bestückpositionen
zu Bestückköpfen und einer Bestückreihenfolge
von einzelnen Bestückköpfen berücksichtigt
und weiter verarbeitet werden. Auf diese Weise können ermittelte Präzedenzen
automatisch beim Generieren bzw. Optimieren des Bestückprogramms
berücksichtigt werden und aufwendige manuelle Vorgänge
wie z. B. Eingeben von Präzedenzen, Veränderungen
der Bauelementerüstung, manuellen Nachbestücken
von kollidierenden Bauelementen, etc. wird dadurch auf einfache
Weise vermieden.
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Kurzbeschreibung der Zeichnung
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Die
Erfindung wird nachfolgend in beispielhafter Weise anhand einer
beigefügten 1 erläutert. Diese 1 zeigt
in beispielhafter Weise ein Struktogramm für den Ablauf
des erfindungsgemäßen Verfahrens.
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Ausführung der Erfindung
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1 zeigt
dabei den schematischen Ablauf des erfindungsgemäßen
Verfahrens, welches mit einem Startschritt 1 begonnen wird
und vor dem Bestücken eines Substrates mit Bauelementen
von zumindest einem Bestückungskopf mit einem oder mehreren
Bauteilhalter wie z. B. Vakuum- oder Saugpipetten und auch vor dem
Generieren eines Bestückungsprogramms, anhand dessen das
Bestücken durchgeführt wird, durchlaufen wird.
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In
einem zweiten Verfahrensschritt 2 werden Daten des zu bestückenden
Substrats, der zu bestückenden Bauelemente und der Bauelementehalter erhoben,
welche bei der Bestücken verwendet werden sollen oder können.
Dabei umfassen die Daten des zu bestückenden Substrats
beispielsweise Bestückpositionen für die zu bestückenden
Bauelemente, wobei eine Bestückposition im Detail z. B.
auch Lage der Bestückposition auf dem Substrat (z. B. Referenzpunkt
für eine Bauteilaufbringung, Bauteilkoordinaten, Toleranzen,
etc.), geometrischer Beschreibung des jeweiligen Bauteils inklusive
eines Toleranzbereichs des Bauelementehalters (z. B. Pipettenrechteck,
eventuelle Rotationsbewegungen des Bauelementehalters, etc.), einer
Liste für die Bestückung verwendbarer Bauelementehalter,
etc. bestehen kann. Weiters können bei den Daten des Substrats
auch eventuell auftretende Verdrehungen der aufzubringenden Bauelemente
angegeben werden. Die Daten der zu bestückenden Bauelemente
umfassen neben Höhe, Größe, auch eine
geometrische Form des jeweiligen Bauteils. Die Daten des Bauelementehalters
können beispielsweise Abmessungen, Bewegungsprofil, Toleranzen,
etc. enthalten.
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In
einem dritten Verfahrensschritt 3 werden auf Basis der
in Verfahrensschritt 2 erhobenen Daten automatisch Beziehungen
abhängiger Bestückpositionen – wie z.
B. Abdecken bzw. Verdecken eines Bauelements durch ein anderes Bauelement,
Anbringen von Bauelement auf Sockeln, auf oder unter Abschirmungen,
etc. oder Bestückungsvorgänge mit Bauelement- Bauelementehalter-Kombinationen,
bei welchen so genannte Verschattungen auftreten, ermittelt. Ein
Erheben der Beziehungen abhängiger Bestückpositionen
wird beispielsweise durch eine Modellierung des Substrats, der aufzubringenden Bauelemente
(z. B. als Rechtecke und/oder Kreise auf Basis ihrer geometrischen
Abmessungen) und der verwendeten Bauelementhalter (z. B. mit einem rotationssymmetrischen
Profil, Berücksichtigung des so genannten Pipettenrechtecks,
etc.) vorgenommen.
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In
einem vierten Verfahrensschritt 4 werden dann die abhängigen
Bestückpositionen analysiert. Diese Analyse kann z. B.
anhand der angeführten Modellierung des Substrats, der
Bauelemente und der verwendeten Bauelementehalter vorgenommen werden.
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In
einem fünften Verfahrensschritt 5 werden kritische,
abhängige Bestückpositionen ermittelt, welche
sowohl bei der Erstellung des Bestückprogramms als auch
beim Bestücken besonders berücksichtigt werden
müssen. So wird durch diese kritischen, abhängigen
Bestückpositionen insbesondere die Bestückreihenfolge
beeinflusst, da bestimmte Bauelemente vor anderen aufgebracht werden
müssen.
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In
einem sechsten Verfahrensschritt 6 werden dann exakte Beschreibungen
dieser kritischen, abhängigen Bestückpositionen
ausgeben. Dabei können diese exakten Beschreibungen beispielweise bestimmte
Regeln für die Bestückungsreihenfolge bei den
ermittelten kritischen, abhängigen Bestückpositionen
enthalten, wie z. B. da ein erstes Bauelement höher als
ein zweites Bauelement ist, sollte das zweite Bauelement vor dem
ersten Bauelement auf das Substrat aufgebracht werden, oder da es
beim Aufbringen eines Bauelements zu einer Kollision des Bauelementehalters
mit einem weiteren Bauelement kommen würde, ist dieses
weitere Bauelement zuerst zu bestücken, etc.
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Die
exakten Beschreibungen der kritischen, abhängigen Bestückpositionen
sind außerdem derart gestaltet, dass sie z. B. in die so
genannte Leiterplattenbeschreibung aufgenommen, bei der Erstellung eines
Bestückprogramms weiter verarbeitet oder für eine
Optimierung der Bauelementrüstung, der Zuordnung der Bestückpositionen
zu Bestückköpfen bzw. Bauelementehaltern oder
der Bestückreihenfolge von einzelnen Bestückköpfen
verwendet werden können.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - EP 1189497
A2 [0010, 0010]
- - US 5266877 [0011, 0011, 0011]