-
Die Erfindung betrifft ein Bestücksystem für Schaltungsträger. Dieses weist eine Fördereinrichtung für zu bestückende Schaltungsträger auf, mit der die Schaltungsträger in Richtung einer x-Achse bewegt und positioniert werden können. Die x-Achse ist somit durch die Bewegungsrichtung der Fördereinrichtung durch das Bestücksystem definiert. Außerdem weist das Bestücksystem mehrere Portale auf, wobei jedes Portal einen Bestückkopf aufweist, mit dem zu bestückende Bauelemente einem Teilevorrat entnommen und auf den Schaltungsträgern platziert werden können.
-
Ein Bestücksystem der eingangs genannten Art ist beispielsweise der
US 2002/0079192 A1 zu entnehmen. Es ist ein Bestücksystem offenbart, welches eine Fördereinrichtung enthält, die zwei parallel verlaufende Förderlinien aufweist. In diesem Fördersystem können zu bestückende Schaltungsträger durch eine geeignete Mechanik zwischen den beiden Linien hin- und hergeschoben werden. Die Linien der Fördereinrichtung passieren mehrere Portale, die mit Bestückköpfen ausgestattet sind. Mittels der Bestückköpfe können beispielsweise elektronische Bauelemente einem Teilevorrat entnommen und auf den zu bestückenden Schaltungsträgern, vorzugsweise Leiterplatten, platziert werden. Bei dem Bestückprozess selbst bleibt der zu bestückende Schaltungsträger im Bestücksystem ortsfest stehen. Während des Bestückablaufs wird dann das Portal mit dem Bestückkopf zwischen den Teilevorräten (Abholposition) und den Einbauplätzen auf dem Schaltungsträger für die Bauelemente (Bestückposition) bewegt. Dabei muss die gesamte Masse des Portals und des Bestückkopfes von bis zu 50 kg bewegt werden, wobei die Geschwindigkeit bei dieser Bewegung die Bestückgeschwindigkeit des Bestücksystems als Ganzem bestimmt. Daher sollen möglichst schnelle Bewegungen realisiert werden, wodurch hohe Anforderungen an die mechanische Stabilität des Gestells und des Antriebssystems entstehen. Außerdem ist die Leistungsaufnahme des Bestücksystems zur Realisierung kurzer Bestückzeiten vergleichsweise hoch.
-
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Bestücksystem anzugeben, mit dem sich vergleichsweise hohe Bestückgeschwindigkeiten bei gleichzeitig niedrigem Energieverbrauch realisieren lassen.
-
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit dem eingangs genannten Bestücksystem dadurch gelöst, die Portale in dem Bestücksystem in Richtung der x-Achse gesehen nacheinander ortsfest angebracht sind. Die ortsfeste Anbringung ist bezüglich des Bestücksystems als Ganzen gemeint. Das heißt, dass sich die Portale innerhalb des Bestücksystems nicht bewegen lassen. Weiterhin ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die jeweiligen Bestückköpfe in sich jeweils unterhalb des jeweiligen Portals befindenden Aktionsräumen in Richtung der besagten x-Achse und in Richtung der diese zu einem kartesischen Koordinatensystem ergänzenden y-Achse und z-Achse bewegbar sind. Als Aktionsräume sind damit die räumlichen Bereich definiert, innerhalb derer durch Bewegung des Bestückkopfes in den drei Richtungen des Koordinatensystems eine Erreichbarkeit des zu bestückenden Schaltungsträgers ermöglicht wird. Da erfindungsgemäß das Portal ortsfest ist, sind diese Aktionsräume zumindest in x-Richtung mit geringeren Abmessungen ausgestattet, als bei gebräuchlichen Bestücksystemen. Dafür ist vorteilhaft jedoch die Masse des Portals bei den Bestückvorgängen nicht zu bewegen, weswegen vergleichsweise sehr viel geringere Trägheitskräfte bei dem Bestückprozess auftreten. Hierdurch sind vorteilhaft höhere Bestückgeschwindigkeiten durch schnellere Beschleunigungen, Abbremsungen und Geschwindigkeiten der bewegten Massen möglich. Gleichzeitig wird hierbei vorteilhaft ein geringerer Energieverbrauch erreicht.
-
Die geringere Beweglichkeit der Bestückköpfe in x-Richtung wird erfindungsgemäß weiterhin dadurch ausgeglichen, dass die Schaltungsträger unterhalb der Portale jeweils schrittweise unter den Portalen hindurchbewegt werden. Die Schrittweite wird dabei so bemessen, dass eine lückenlose Bestückung der Schaltungsträger ermöglicht wird. Die Schrittweite ist damit in erster Linie von den Abmessungen der Aktionsräume in x-Richtung abhängig. Bevorzugt entspricht die Schrittweite der Bewegungsschritte gerade der Ausdehnung der Aktionsräume in x-Richtung oder wird kleiner gewählt. Allerdings ist es bei Abschnitten der Schaltungsträger, die in einem bestimmten Portal nicht bestückt werden müssen, auch möglich, die Schrittweite in Abhängigkeit des Anwendungsfalls weiter zu wählen. Durch das schrittweise Hindurchführen der Schaltungsträger unterhalb des Portals wird auch bei dem im Vergleich zum Stand der Technik verminderten Bewegungsspielraum in x-Richtung des Bestückkopfes eine lückenlose Bestückung der Leiterplatte gewährleistet. Hierbei wird die erforderliche Relativbewegung in x-Richtung zwischen Bestückkopf und Schaltungsträger sozusagen sowohl durch die Fördereinrichtung als auch durch den Bestückkopf gewährleistet.
-
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Aktionsräume jeweils benachbarter Bestückköpfe direkt aneinander grenzen. Dies hat den Vorteil, dass die Schaltungsträger zwischen den einzelnen Aktionsräumen kurze Strecken zurücklegen können, d. h. die Schrittweite und damit die realisierten Transportzeiten vorteilhaft auf das geringst mögliche Maß beschränkt werden können. Außerdem können die Portale dann vorteilhaft platzsparend im Bestücksystem angeordnet werden und es besteht keine Kollisionsgefahr zwischen den einzelnen Bestückköpfen, deren Bewegungsfreiheit auf den jeweiligen Aktionsraum beschränkt ist.
-
Alternativ kann vorteilhaft auch vorgesehen werden, dass die Aktionsräume jeweils benachbarter Bestückköpfe sich im Randbereich überschneiden. Eine Kollisionsgefahr benachbarter Bestückköpfe muss dann durch eine geeignete Steuerung vermieden werden. Dem erhöhten Aufwand der Steuerung steht jedoch vorteilhaft eine höhere Flexibilität des Bestücksystems gegenüber, da auch Schaltungsträger lückenlos bestückt werden können, deren Abmessungen größer als die Schrittweite der Fördereinrichtungen ausfallen. Durch die Überschneidung der Aktionsräume ist es dann auch möglich, Bauelemente auf den Schaltungsträgern zu platzieren, die genau auf den durch die Schrittweite definierten Grenzlinien auf den Schaltungsträgern liegen.
-
Eine besondere Ausgestaltung der Erfindung wird erhalten, wenn die Aktionsräume in x-Richtung eine einheitliche Länge l oder ein Vielfaches dieser Länge l aufweisen und die Fördereinrichtung mit einer Steuereinrichtung ausgestattet ist, die einen schrittweisen Transport der Schaltungsträger um den Betrag der Länge l erlaubt. Bei der Länge l handelt es sich dann um die durch die Fördereinrichtung realisierte Schrittweite, wobei diese Schrittweite so definiert ist, dass eine lückenlose Bestückung in Portalen mit Aktionsräumen der Länge l möglich ist. Sollten Portale mit einem Vielfachen dieser Länge l in dem Bestücksystem vorhanden sein, so durchläuft der Schaltungsträger diese Portale auch in mehreren Schritten, die genau dem Vielfachen dieser Länge entsprechen. Dies bedeutet, dass in diesen Portalen eine längere Bestückzeit zur Verfügung steht, was beispielsweise von Vorteil ist, wenn in diesen Portalen eine größere Anzahl von Bauelementen bestückt werden muss. Dies hängt in erster Linie vom Design des Schaltungsträgers ab und von den im betreffenden Portal zur Verfügung gestellten Bauelementen ab.
-
Vorteilhaft ist es auch, wenn die Fördereinrichtung eine Befestigungsvorrichtung für die Schaltungsträger aufweist. Dadurch können die Schaltungsträger zuverlässig gehalten werden und verrutschen auch bei höheren Fördergeschwindigkeiten der Fördereinrichtung nicht. Die Lage der Schaltungsträger insbesondere in x-Richtung ist damit klar definiert, wenn die Fördereinrichtung in der definierten Schrittweite diskontinuierlich verfahren wird.
-
Alternativ kann auch vorgesehen werden, dass die Leiterplatten jeweils nur beim Bestücken im Bestücksystem fixiert werden, beispielsweise durch eine geeignete Klemmvorrichtung. In diesem Fall muss die Ist-Position der Leiterplatte innerhalb der verschiedenen Aktionsräume beispielsweise durch ein Kamerasystem ermittelt werden, wobei die so ermittelten Lagedaten an die Steuerung des Bestückkopfes weitergegeben werden.
-
Weiterhin ist es von Vorteil, wenn in Bewegungsrichtung der Schaltungsträger gesehen im Teilevorrat zuerst die kleineren Bauelemente und nachfolgend die größeren Bauelemente zur Verfügung gestellt werden. Dies hat den Vorteil, dass bei der Bestückung mit den kleineren Bauelementen beim Verfahren des Bestückkopfes die größeren Bauelemente noch nicht berücksichtigt werden müssen, die durch den Bestückkopf nicht beschädigt werden dürfen. Hiermit lassen sich für die kleineren Bauelemente vorteilhaft schnellere Bestückzeiten realisieren.
-
Eine besondere Ausgestaltung der Erfindung wird erhalten, wenn in den die Bestückköpfe tragenden Portalen oder in zusätzlichen Portalen Testsysteme, insbesondere ein automatisches optisches Inspektionssystem (AOI) und/oder ein elektrisches Prüfsystem, integriert sind. Hierdurch können vorteilhaft bereits während des Bestückprozesses erforderliche Testprozeduren durchgeführt werden, um frühzeitig eventuelle Qualitätsprobleme durch Nachbearbeitungen zu beheben bzw. Bauteile, deren Fehlfunktionen nicht mehr behoben werden können, aus dem Fertigungsprozess auszusondern, um die Entstehung unnötiger Kosten bei der weiteren Bestückung zu vermeiden.
-
Besonders vorteilhaft ist es, wenn das Bestücksystem modular aufgebaut ist, wobei die Module jeweils durch die einzelnen Portale gebildet sind. Auf diese Weise können mit den Modulen abhängig vom Anwendungsfall verschiedene Bestückungsaufgaben realisiert werden, wobei jeweils nur die erforderlichen Portale zu dem Bestücksystem zusammengefügt werden. Nicht benötigte Portale stehen dann anderen Bestückaufgaben zur Verfügung, so dass die mit den Modulen zusammengestellten Bestücksysteme keine oder nur wenig redundante Funktionen enthalten. Hierdurch kann in Bezug auf die zur Verfügung stehenden Module eine optimale Auslastung bei der Bestückung der Schaltungsträger erreicht werden. Die notwendigen Investitionskosten für die Fertigungsanlage können daher vorteilhaft gering gehalten werden.
-
Weitere Einzelheiten der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnung beschrieben. Gleiche oder sich entsprechende Zeichnungselemente sind in den einzelnen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen und werden nur insoweit mehrfach erläutert wie sich Unterschiede zwischen den einzelnen Figuren ergeben. Es zeigen:
-
1 ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Bestücksystems als Aufsicht von oben und
-
2 ein anderes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Bestücksystems in einer seitlichen Schnittansicht.
-
Ein Bestücksystem gemäß 1 weist eine Fördereinrichtung 11a, 11b in Form von zwei Förderbändern auf. Auf der Fördereinrichtung 11b ist exemplarisch ein Schaltungsträger 12 in Form einer Leiterplatte mit einer Befestigungsvorrichtung 13 gehalten. Der Schaltungsträger 12 kann mittels der Fördereinrichtung 11b in einer Transportrichtung bewegt werden, die als x-Richtung definiert ist (vgl. das in 1 dargestellte x-y-Koordinatensystem, eine z-Richtung dieses Koordinatensystems zeigt aus der Zeichenebene zum Betrachter).
-
In x-Richtung gesehen hintereinander angeordnet sind drei Portale 14a, 14b, 14c, wobei der Schaltungsträger 12 unterhalb der Portale 14a, 14b, 14c hindurchgeführt werden kann. Wie bei dem Portal 14a in dem teilweise aufgebrochenen Bereich zu erkennen ist, tragen die Portale 14a, 14b, 14c Bestückköpfe, von denen nur der Bestückkopf 15a zu erkennen ist. Dieser lässt sich, wie den angedeuteten Doppelpfeilen zu entnehmen ist, sowohl in x-Richtung als auch in y-Richtung verfahren, während das Portal 14a (genauso die Portale 14b und 14c) ortsfest im Bestücksystem angeordnet ist. Durch die Bewegungsmöglichkeiten des Bestückkopfes 15a wird ein Aktionsraum 16a definiert, innerhalb dessen Bauelemente auf dem Schaltungsträger 12 platziert werden können. Der Aktionsraum erstreckt sich genau unterhalb des Portales 14a und ist (im Unterschied zu 2, dazu im Folgenden mehr) genau durch die Länge und Breite des Portals definiert.
-
Beidseitig der Portale 14a, 14b, 14c sind Teilevorräte 17a, 17b und 17c angeordnet, die aus einzelnen Teilförderern 18 bestehen. Über die Teileförderer 18 wird den Portalen das jeweils benötigte Spektrum unterschiedlicher Bauteile zur Verfügung gestellt, die durch die jeweiligen Bestückköpfe 15a (sowie den nicht dargestellten weiteren Bestückköpfen der Portale 14b und 14c) aufgenommen und auf dem Schaltungsträger 12 platziert werden.
-
Der Schaltungsträger 12 weist eine größere Länge a auf, als die mögliche Bestücklänge l, die sich aus der Breite der Portale 14a, 14b, 14c ergibt und damit auch die Dimensionen des Aktionsraumes 16a (und die Aktionsräume der weiteren Portale 14d und 14c) bestimmt. Daher muss der Schaltungsträger in mehreren Schritten mit einer Schrittweite, die höchstens l entspricht, unter den Portalen 14a, 14b, 14c hindurchgeführt werden, um die Möglichkeit einer lückenlosen Bestückung der Oberfläche des Schaltungsträgers zu gewährleisten.
-
Das Portal 14c ist ebenfalls teilweise aufgebrochen dargestellt. Zu erkennen ist, dass in dem Portal 14c neben dem nicht dargestellten Bestückkopf auch ein automatisches optisches Inspektionssystem (AOI) 19 vorgesehen ist. Dieses kann ebenfalls in x-Richtung und y-Richtung verfahrbar ausgeführt sein oder ortsfest in dem Portal 14c angebracht sein und ermöglicht die optische Inspektion der Leiterplatte.
-
In 2 ist ein ähnliches Bestücksystem wie in 1 dargestellt, wobei sich bestimmte Unterschiede ergeben. Als Ansicht wurde eine Seitenansicht gewählt, wobei die Portale in der Mitte durchgeschnitten sind und insofern der Blick auf die Fördereinrichtung 11a freigegeben wird. Zu erkennen ist die x-Richtung und die z-Richtung im angedeuteten Koordinatensystem, wobei die y-Richtung in Blickrichtung des Betrachters liegt. In den Portalen 14a, 14b und 14d sind Schienensysteme 20a, 20b und 20d angebracht, wobei die Schienen jeweils in x-Richtung und y-Richtung ausgerichtet sind und daher ein Verfahren der Bestückköpfe 15a und 15b sowie eines Messnadelsystems zur elektrischen Prüfung der Kontakte 21 innerhalb der jeweiligen Aktionsräume, von denen nur die Aktionsräume 16a mit einer strichpunktierten Linie und 16b mit einer strich-doppelpunktierten Linie dargestellt sind, erlaubt. Hierbei fällt auf, dass sich anders, als in 1 dargestellt, die Aktionsräume 16a, 16b räumlich überschneiden. Durch eine geeignete Ansteuerung der Bestückköpfe 15a, 15b kann eine Kollision zwischen diesen verhindert werden. Allerdings können die Greifer 22a, 22b, die jeweils an in z-Richtung beweglichen Teleskoparmen 23a, 23b angebracht sind, die Leiterplatte lückenlos bestücken, wenn diese in einer Schrittweite um das Längenmaß l versetzt wird. Beispielhaft ist ein Bauelement 24 dargestellt, welches genau auf der Grenzlinie 14g zwischen den Portalen 14a, 14b liegt und ohne einen Überschneidungsbereich der Aktionsräume 16a, 16b bei der Breite der Portale 14a, 14b entsprechenden Schrittweite l nicht bestückt werden könnte. Die Leiterplatte selbst weist eine Länge auf, die etwas mehr als das Doppelte von l beträgt. Dennoch kann durch die Überschneidung der Aktionsräume 16a, 16b eine Bestückung des Schaltungsträgers 12 in zwei Schritten erfolgen.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- US 2002/0079192 A1 [0002]
