DE19826649C1 - Phantom-Bauelement für Bestückungsautomaten - Google Patents

Abstract

Ein Phantom-Bauelement (1) zum Einsatz in Automaten zur Bauelementebestückung von Schaltungsträgern, wie z. B. Leiterplatten, bei welchen auf seiner Unterseite ein Anschlußmuster eines reellen Bauelementes durch Felder (8) simuliert ist, die in Abmessung und Geometrie den Anschlüssen eines reellen Bauelementes entsprechen, und die sich von dem Untergrund der Unterseite durch davon unterschiedliches, definiertes Reflexionsvermögen unterscheiden. Dabei kann zumindest ein Teil der Felder (8) ein anderes Reflexionsvermögen aufweisen als der Rest der Felder, und es können Gruppen (4, 5, 6, 7) von benachbarten Feldern (8) jeweils unterschiedliches Reflexionsvermögen aufweisen.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Phantom-Bauelement zum Einsatz in Automaten zur Bauelementebestückung von Leiterplatten.

Ebenso bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren zur Über­ prüfung der Funktion eines Bestückungsautomaten für Leiterplatten, bei welchem Bauele­ mente aus einem Lager zugeführt und von einem Manipulatorarm ergriffen werden, die der Leiterplatte zugeordnete An­ schlußseite des Bauelementes mittels einer Kamera, wie z. B. einer CCD-Kamera, optisch erfaßt wird, das durch die Kamera erfaßte Bild mit einem Software-Sollbild des Bauelementes verglichen und der Arm sodann softwaregesteuert das Bauele­ ment auf eine vorgesehene Stelle der Leiterplatte setzt.

Bei Bestückungsautomaten für Leiterplatten und für ähnliche Schaltungsträger werden Bauelemente, wie Chips, Halbleiter, Widerstände, etc. von einer Zuführeinrichtung, z. B. einem Ma­ gazin, angeliefert und dann von einem Manipulatorarm, z. B. einem Sauggreifer, erfaßt. Es muß nun überprüft werden, ob das Bauelement eine bezüglich des Manipulatorarms korrekte Lage hat, und ob es sich um das richtige Bauelement handelt. Dazu ist eine Kamera, im allgemeinen eine CCD-Kamera vorgese­ hen, die das Bauelement, das z. B. von oben mit einem Saug­ greifer gehalten wird, von unten betrachtet, und das aufge­ nommene Bild, nämlich das Bild des Musters der Anschlüsse, mit einem softwaremäßigen Muster vergleicht, und bei falscher Lage oder bei einem falschen Bauelement allfällige Korrektu­ ren vornimmt. Wenn der Vergleich positiv ausgefallen ist, wird das Bauelement mittels des Manipulatorarms auf die Lei­ terplatte abgesetzt, auf welcher es üblicherweise aufgrund der Hafteigenschaften der Lotzusammensetzung an der richtigen Stelle verbleibt. Wenn auf diese Weise sämtliche Bauelemente abgesetzt sind, gelangt die Leiterplatte mit den Bauelementen in einen Ofen, in welchem das endgültige Anlöten erfolgt.

Die metallischen Oberflächen der Anschlüsse des Bauelementes können einer Alterung unterliegen, welche das Reflexionsver­ mögen der Anschlüsse ändert. Andererseits kann auch eine CCD- Kamera altern, und beide Einflüsse können dazu führen, daß letztlich das Bauelement nicht mehr richtig erkannt wird, und es zu einer Fehlbestückung oder zu einer falschen Positionie­ rung des Bauteils auf der Leiterplatte kommt. Derartige Fehl­ bestückungen führen zum Ausschuß meist der gesamten Leiter­ platte und stellen kostspielige Fehlfunktionen des Bestüc­ kungsautomaten dar.

Aus der DE 42 27 667 A1 ist eine Testleiterplatte aus Glas zur meßtechnischen Erfassung u. a. der Bestückungsgenauigkeit von Leiterplatten und Phantom-Bauelementen bekannt. Auf der Testlei­ terplatte sind Koordinatenlinien sowie Meßfenster aufge­ bracht, die eine Positionierung mittels bekannter Up- and Down-Kameras sowie eine Ausmessung und Betrachtung der Lage der Markierungen durch ein Mikroskop ermöglichen.

Aus der US 55 37 204 A ist ebenfalls ein Verfahren zur Über­ prüfung von Bestückungsautomaten für bedruckte Schaltungen bekannt, bei dem eine Glasplatte mit der Form eines Bauele­ ments und aufgebrachten Meßpunkten zur Überprüfung der Be­ stückungsgenauigkeit des Automaten dient.

Es ist eine Aufgabe der Erfindung, auf einfache Weise das Leistungsvermögen der optischen Lageerkennung eines Bestüc­ kungsautomaten unter Berücksichtigung von möglichen Alte­ rungserscheinungen zu überprüfen, um dadurch Fehlfunktionen des Automaten zu vermeiden.

Diese Aufgabe wird mit einem Phantom-Bauelement zum Einsatz in Automaten zur Bauelementebestückung von Leiterplatten erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß auf seiner Unterseite ein Anschlußmuster eines reellen Bauelemen­ tes durch Felder simuliert ist, die in Abmessung und Geome­ trie den Anschlüssen eines reellen Bauelementes entsprechen, und die sich von dem Untergrund der Unterseite durch davon unterschiedliches, definiertes Reflexionsvermögen unterschei­ den, wobei zumindest ein Teil der Felder ein anderes Refle­ xionsvermögen aufweist als der Rest der Felder.

Mit Hilfe erfindungsgemäßer Phantom-Bauelemente kann die Funktion nicht nur der CCD-Kameras bzw. anderer optischer La­ geerkennungssysteme eindeutig überprüft werden, sondern auch die Funktion des Automaten hinsichtlich der korrekten Posi­ tionierung auf dem Schaltungsträger. Falls daher das Phantom- Bauelement korrekt erkannt, erfaßt und positioniert wird, wird dies auch bei den reellen Bauelementen erfolgen, selbst wenn diese nicht optimale Anschlüsse, z. B. gleiche Farbe, Re­ flexionsvermögen etc. der Anschlüsse aufweisen. Das vorgege­ bene Reflexionsverhältnis kann auch eine Alterung der metal­ lischen Oberflächen der Anschlüsse simulieren. Durch die Aus­ gestaltung, daß zumindest ein Teil der Felder ein anderes Re­ flexionsvermögen als der Rest der Felder aufweist, kann vor­ teilhaft eine unterschiedliche Alterung der metallischen Oberflächen der Anschlüsse simuliert werden.

Für die Beurteilung des Leistungsvermögens üblicher CCD-Kame­ ras ist es vorteilhaft, wenn Gruppen von benachbarten Feldern jeweils unterschiedliches Reflexionsvermögen aufweisen.

Die Herstellung eines Phantom-Bauelementes gestaltet sich zweckmäßig und einfach, wenn die Felder auf einer Glasplatte ausgebildet sind. Dabei kann in Nachahmung eines reellen Bau­ elementes die Glasplatte an der Unterseite eines Kunststoff­ gehäuses angeordnet sein.

Bei einer vorteilhaften Ausführungsform ist das Anschlußmu­ ster eines SMD-Bauelementes simuliert bzw. ist das Anschluß­ muster eines Anschlußmusters mit Ball-Grid-Anschlüssen simu­ liert.

Um die nachträgliche Überprüfung der Lage des Phantom-Bauele­ mentes auf einer Testleiterplatte besser überprüfen zu können, ist es vorteilhaft, wenn zusätzliche Justiermarken vorgesehen sind.

Die Aufgabe der Erfindung wird auch mit einem Verfahren der eingangs genannten Art gelöst, bei welchem erfindungsgemäß dem Arm ein Phantom-Bauelement zugeführt wird, an dessen Un­ terseite ein Anschlußmuster eines reellen Bauelementes durch Felder simuliert ist, welche in Abmessung und Geometrie den Abmessungen des reellen Bauelementes entsprechen und die sich von dem Untergrund der Unterseite durch davon unterschiedli­ ches, definiertes Reflexionsvermögen unterscheiden, wobei zu­ mindest ein Teil der Felder ein anderes Reflexionsvermögen aufweist als der Rest der Felder, und ein Testschaltungsträ­ ger verwendet wird, auf den das Phantom-Bauelement aufgesetzt wird, wobei nach dem Aufsetzen des Phantom-Bauelementes des­ sen Position und Ausrichtung auf der Testleiterplatte überprüft wird.

Die Erfindung samt weiteren Vorteilen ist im folgenden anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert, das in der Zeichnung veranschaulicht ist. In dieser zeigen

Fig. 1 eine Ansicht auf die Unterseite eines Phantom-Bau­ elementes nach der Erfindung und

Fig. 2 einen Querschnitt durch ein solches Bauelement.

Gemäß der Zeichnung besteht ein Phantom-Bauelement 1 nach der Erfindung in einem Ausführungsbeispiel aus einer Glasplatte 2 und einem daran angeklebten oder angegossenen Kunststoffge­ häuse 3. Auf der Unterseite der Glasplatte ist das Anschluß­ muster eines bestimmten reellen Bauelementes simuliert, wobei im vorliegenden Beispiel an der vier Seitenrändern der qua­ dratischen Glasplatte 2 vier Gruppen 4, 5, 6 und 7 von Fel­ dern 8 aufgebracht sind, wobei sich die Felder 8 von dem Un­ tergrund, d. h. der Oberfläche der Glasplatte 2 durch ihr Re­ flexionsvermögen unterscheiden. Weiters besitzt bei diesem Ausführungsbeispiel jede Gruppe 4, 5, 6 und 7 von Feldern je­ weils das gleiche Reflexionsvermögen. Im vorliegenden Bei­ spiel ist die Gruppe 4 von Feldern 8 jene mit der dunkelsten Farbe, d. h. dem geringsten Reflexionsvermögen und dem größten Kontrast zum Untergrund. Die Gruppe 5 von Feldern 8 bildet jene mit einem mittleren Kontrast, die Gruppe 6 von Feldern 8 jene mit einem geringen Kontrast und die Gruppe 7 von Feldern 8 eine Gruppe mit sehr schwachem Kontrast.

Wie Fig. 1 zu entnehmen, sind überdies in den vier Ecken der Glasplatte 2 Justiermarken 9 vorgesehen, die zur späteren Überprüfung der Lage des Phantom-Bauelementes auf einer Test­ leiterplatte dienen.

Das simulierte Anschlußmuster auf der Oberfläche der Glasplatte kann beispielsweise mit einem Standard-Strukturie­ rungsverfahren der Halbleiter-Maskenherstellung realisiert werden.

Das Phantom-Bauelement wird erfindungsgemäß bei einem Verfah­ ren eingesetzt, das nachstehend näher erläutert ist. Bei üb­ lichen Bestückungsautomaten für Leiterplatten oder sogenannte Flachbaugruppen werden verschiedene Bauelemente, wie IC's, Chips, Widerstände, etc. aus einem Lager oder Magazin zugeführt und von einem Manipu­ latorarm ergriffen. Für übliche Halbleiterchips werden Saug­ greifer verwendet, die beispielsweise an der Oberfläche des Kunststoffgehäuses angreifen können. Bevor das Bauelement auf die Leiterplatte gesetzt wird, überprüft eine CCD-Kamera die Unterseite des Bauelementes, d. h. die dem Schaltungsträ­ ger zugeordnete Anschlußseite und vergleicht das erfaßte Bild mit einem Software-Sollbild, um das Bauelement zu identifi­ zieren. Danach setzt der Arm das Bauelement softwaregesteuert auf eine genau vorgegebene Stelle der Leiterplatte. Wenn die Leiterplatte mit den vorgesehenen Bauelementen be­ stückt ist, erfolgt, z. B. in einem Heißluftofen, das Anlöten der Bauelemente, die beispielsweise in Ball-Grid-Technik aus­ geführt sein können oder mit sogenannten Anschluß-Pads, wel­ chen auch das in der Figur dargestellte Ausführungsbeispiel entspricht.

Wie bereits eingangs erwähnt, kann es zu Fehlfunktionen füh­ ren, wenn entweder die CCD-Kamera Alterungserscheinungen auf­ weist und/oder wenn die Anschlüsse des Bauelementes durch Al­ terung und/oder Umwelteinflüsse ein vermindertes Reflexions­ vermögen, ganz allgemein ein anderes Reflexionsvermögen auf­ weisen, als in neuem Zustand.

Um die Funktion des Bestückungsautomaten mit Hilfe des erfin­ dungsgemäßen Phantom-Bauelementes überprüfen zu können, wird dem Manipulatorarm ein Phantom-Bauelement 1 zugeführt, das einem ausgewählten reellen Bauelement hinsichtlich des An­ schlußmusters entspricht. Der weitere Ablauf in der Funktion des Bestückungsautomaten ist der gleiche wie bei dem Einsatz eines reellen Bauelementes, jedoch wird anstelle einer tat­ sächlichen Leiterplatte eine Testleiterplatte verwendet, auf welche der Manipulatorarm nach Untersuchung des Phantom-Bau­ elementes durch die CCD-Kamera und die zugehörige Software dieses Bauelement setzt.

Nun kann die Testleiterplatte mit dem darauf aufgesetzten Phantom-Bauelement dem Bestückungsautomaten entnommen werden, um die genaue Lage und Ausrichtung des Phantom-Bauelementes 1 auf der Testleiterplatte zu untersuchen. Dies kann natürlich unter Zuhilfenahme entsprechender optischer Geräte und Aus­ wertungsverfahren erfolgen. Um diese Untersuchung zu erleich­ tern, können die in Fig. 1 dargestellten Justiermarken 9 die­ nen, doch sind solche Marken nicht unbedingt erforderlich, insbesondere müssen sie entfallen, wenn die Auswertung durch die CCD-Kamera dadurch gestört würde. Wenn das Phantom-Bau­ element 1 genau auf die richtige Stelle und in korrekter Aus­ richtung gesetzt wurde, kann davon ausgegangen werden, daß einerseits die CCD-Kamera eine gute Funktion aufweist, und daß andererseits auch das Positioniersystem in Ordnung ist. Andererseits wird man bei einer nicht korrekten "Bestückung" der Testleiterplatte mit dem Phantom-Bauelement 1 systema­ tisch den Fehler in dem Bestückungsautomaten suchen. Es ist weiters zu erwähnen, daß je nach der Art der verwendeten re­ ellen Bauelemente auch unterschiedliche Phantom-Bauelemente zum Einsatz gelangen, welche die entsprechenden reellen Bau­ elemente simulieren.

Wenngleich bei dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel Gruppen von Feldern unterschiedliches Reflexionsvermögen auf­ weisen, ist es auch möglich, Phantom-Bauelemente nach der Er­ findung so zu gestalten, daß sämtliche Felder gleiches Refle­ xionsvermögen besitzen. Es können dann zur Überprüfung meh­ rere, in der Geometrie identische Phantom-Bauelemente verwen­ det werden, die sich lediglich durch das Reflexionsvermögen der Felder unterscheiden.

Claims (8)

1. Phantom-Bauelement (1) zum Einsatz in Automaten zur Bau­ elementebestückung von Leiter­ platten, dadurch gekennzeichnet, daß auf seiner Unterseite ein Anschlußmuster eines reellen Bauelementes durch Felder (8) simuliert ist, die in Abmessung und Geometrie den Anschlüssen eines reellen Bauelementes ent­ sprechen, und die sich von dem Untergrund der Unterseite durch davon unterschiedliches, definiertes Reflexionsvermögen unterscheiden, wobei zumindest ein Teil der Felder (8) ein anderes Reflexionsvermögen aufweist als der Rest der Felder (8).

2. Phantom-Bauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Gruppen (4, 5, 6, 7) von benach­ barten Feldern (8) jeweils unterschiedliches Reflexionsvermö­ gen aufweisen.

3. Phantom-Bauelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Felder (8) auf einer Glasplatte (2) ausgebildet sind.

4. Phantom-Bauelement nach Anspruch 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Glasplatte (2) an der Unterseite eines Kunststoffgehäuses (3) angeordnet ist.

5. Phantom-Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 4, da­ durch gekennzeichnet, daß das Anschlußmuster eines SMD-Bauelementes simuliert, ist.

6. Phantom-Bauelement nach Anspruch 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Anschlußmuster eines Bauelementes mit Ball-Grid-Anschlüssen simuliert ist.

7. Phantom-Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 6, da­ durch gekennzeichnet, daß zusätzliche Justiermarken (9) vorgesehen sind.

8. Verfähren zur Überprüfung der Funktion eines Bestückungs­ automaten für Leiterplatten, bei welchem Bauelemente aus einem Lager zugeführt und von ei­ nem Manipulatorarm ergriffen werden, die dem Schaltungsträger zugeordnete Anschlußseite des Bauelementes mittels einer Ka­ mera, wie z. B. einer CCD-Kamera, optisch erfaßt wird, das durch die Kamera erfaßte Bild mit einem Software-Sollbild des Bauelementes verglichen und der Arm sodann softwaregesteuert das Bauelement auf eine vorgesehene Stelle des Schaltungsträ­ gers setzt,
dadurch gekennzeichnet,
daß dem Arm ein Phantom-Bauelement zugeführt wird, an dessen Unterseite ein Anschlußmuster eines reellen Bauelementes durch Felder simuliert ist, welche in Abmessung und Geometrie den Abmessungen des reellen Bauelementes entsprechen und die sich von dem Untergrund der Unterseite durch davon unter­ schiedliches, definiertes Reflexionsvermögen unterscheiden,
wobei zumindest ein Teil der Felder ein anderes Reflexions­ vermögen aufweist als der Rest der Felder, und daß ein Test­ schaltungsträger verwendet wird, auf den das Phantom-Bauele­ ment aufgesetzt wird, wobei nach dem Aufsetzen des Phantom- Bauelementes dessen Position und Ausrichtung auf dem Test­ schaltungsträger überprüft wird.