DE69724894T2

DE69724894T2 - Bestückungsverfahren von bauelementen auf einem substrat und bestückautomat dafür

Info

Publication number: DE69724894T2
Application number: DE69724894T
Authority: DE
Inventors: Gertrudis Joseph OTTEN
Original assignee: Assembleon BV
Current assignee: Assembleon BV
Priority date: 1996-03-27
Filing date: 1997-02-26
Publication date: 2004-07-08
Anticipated expiration: 2017-02-27
Also published as: DE69724894D1; EP0829192A1; JP3839061B2; EP0829192B1; JPH11508413A; WO1997038567A1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Anbringen eines Bauelementes auf einem Substrat, wobei, nachdem ein Bauelement von einem Bestückungskopf, der an einem Arm von einem Robotor befestigt ist, aufgenommen worden ist, dieses Bauelement in ein Bildfeld einer ortsfesten ersten Bilderzeugungsanordnung gebracht wird und das Bauelement abgebildet wird, eine zweite Bilderzeugungsanordnung, die ebenfalls an dem genannten Arm des Roboters befestigt ist, eine Markierung des Substrats abbildet, wonach die Lage des Bauelementes und die Position, wo das Bauelement auf dem Substrat angeordnet werden soll, aus den resultierenden Bilddaten berechnet werden und der Bestückungskopf daraufhin das Bauelement an der gewünschten Stelle auf das Substrat setzt.
Ein derartiges Verfahren ist aus US-A-5.084.959 bekannt. Bei diesem bekannten Verfahren wird die Lage des Bauelementes gegenüber der zweiten Bilderzeugungsanordnung berechnet, nachdem ein Bild des Bauelementes mit Hilfe der ersten Bilderzeugungsanordnung erzeugt worden ist. Dies ist möglich, da ein Bezugspunkt des Bestückungskopfes immer in eine feste Lage in dem Bildfeld der ersten Bilderzeugungsanordnung verlagert wird und der Abstand zwischen dem Bezugspunkt des Bestückungskopfes und einem Bezugspunkt der zweiten Bilderzeugungsanordnung bekannt ist. In der Praxis hat es sich herausgestellt, dass dieser Abstand nicht immer konstant ist, was zu einer Ungenauigkeit in der Bestückung des Substrats führt. Die Tatsache, dass dieser Abstand nicht konstant ist, wird hauptsächlich durch Temperaturdifferenzen verursacht. Andere Einflüsse aber, wie unerwünschte Schwingungen, können ebenfalls zu fehlerhaften Messungen führen.
Es ist nun u. a. eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Bauelement mit großer Genauigkeit an der gewünschten Stelle auf einem Substrat anzubringen.
Dazu weist die vorliegende Erfindung das Kennzeichen auf, dass bei der Abbildung des Bauelementes die erste Bilderzeugungsanordnung ebenfalls wenigstens eine Markierung auf einer Bezugsplatte abbildet und gleichzeitig die zweite Bilderzeugungsanordnung wenigstens eine andere Markierung auf der Bezugsplatte abbildet, wonach die Lage des Bauelementes gegenüber der zweiten Bilderzeugungsanordnung aus den resultierenden Bilddaten berechnet wird.
Der Vorteil dieses Verfahrens ist, dass die Lage des von dem Bestückungskopf aufgenommenen Bauelementes gegenüber der zweiten Bilderzeugungsanordnung während des Bestückungsverfahrens jedes Bauelementes auf dem Substrat ermittelt werden kann. Die erwünschte Stelle, wo das Bauelement auf dem Substrat angebracht werden soll, wird mit Hilfe der zweiten Bilderzeugungsanordnung ermittelt. Mit Hilfe der Daten dieser zwei Stellen kann der Roboter den Bestückungskopf mit dem Bauelement genau der gewünschten Stelle zuführen um dieses Bauelement dort anzubringen.
Vorzugsweise wird das Bauelement zum Abbilden des Bauelementes in etwa dem gleichen Bildabstand positioniert wird das erste Merkzeichen.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich ebenfalls auf einen Bestückungsautomaten mit einem Rahmen, einem Roboter, einem Transportsystem für den Transport von Substraten, einem Bestückungskopf zum Bestücken des Substrats mit Bauelementen, wobei der Bestückungskopf an einem Arm des Roboters vorgesehen ist, einer ersten Bilderzeugungsanordnung, die ortsfest mit dem rahmen verbunden ist, und zwar zum Ermitteln der Lage des Bauelementes, und einer zweiten Bilderzeugungsanordnung, die zusammen mit dem Bestückungskopf sich verlagert, und zwar zum Detektieren eines Merkzeichens des Substrats.
Zum mit großer Genauigkeit Anbringen eines Bauelementes an der gewünschten Stelle auf dem Substrat weist der Bestückungsautomat das Kennzeichen auf, dass der Bestückungsautomat eine Bezugsplatte mit wenigstens einer ersten Markierung und einer zweiten Markierung aufweist, wobei diese Markierungen sich in einem festen Abstand voneinander befinden und wobei die erste Markierung während der Abbildung des Bauelementes innerhalb des Bildfeldes der ersten Bilderzeugungsanordnung liegt, während gleichzeitig die zweite Markierung innerhalb des Bildfeldes der zweiten Bilderzeugungsanordnung liegt. Die Markierungen auf der Bezugsplatte sind mit einer sehr hohen Genauigkeit angebracht. Die genaue Lage gegenüber einander wird in einem Bildprozessor gespeichert, der die aktuelle Lage des Bauelementes mit Hilfe der Bilddaten berechnet.
Vorzugsweise hat die Bezugsplatte eine Öffnung, die es ermöglicht, dass ein Bauelement von dem Bestückungskopf aufgenommen und durch diese Öffnung hindurch gereicht wird und die Bezugsplatte hat wenigstens eine erste Markierung neben der Öff nung. Dies ermöglicht es, dass das anzuordnende Bauelement derart in der Öffnung positioniert wird, dass das Bauelement, insbesondere Kontaktflächen oder Stifte desselben, in derselben Bildebene der Bilderzeugungsanordnung vorgesehen sind wie diejenige, in der die Markierung der Bezugsplatte liegt.
Weiterhin liegt die Bezugsplatte vorzugsweise auf im Wesentlichen demselben Pegel wie das Substrat. Die steigert die Bildgenauigkeit und folglich die Anordnungsgenauigkeit des Bauelementes.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im vorliegenden Fall näher beschrieben. Es zeigen:
1 einen Bestückungsautomaten zum Durchführen des Verfahrens,
2 eine Draufsicht einer Bezugsplatte eines Substrats und
3 eine Seitenansicht des Bestückungskopfes und der Bilderzeugungsanordnungen in einer Lage zur Bilderzeugung.
Der Bestückungsautomat nach 1 umfasst einen Rahmen 1, der einen X-Y-Roboter 2 aufweist. Der Roboter wird durch einen Schieber 3 gebildet, der in der Y-Richtung über zwei parallele Führungselemente 4 des Rahmens verlagerbar ist und der mit Hilfe eines Arms 5 längs des Schiebers in der X-Richtung verlagerbar ist. Der Arm trägt einen Bestückungskopf 6. Der Automat hat einen Transportmechanismus für den Transport von Substraten, beispielsweise Printplatten, durch die Maschine hindurch. Von diesem Transportmechanismus ist nur das Förderband 8 dargestellt. Der Bestückungskopf 6 umfasst eine Saugdüse 9, mit deren Hilfe Bauelemente 10 aus einem Bauelementzubringer 11 aufgenommen werden, die danach auf dem Substrat 7 angebracht werden. Die Saugdüse kann in einer Z-Richtung und in einer ϕ-Richtung betrieben werden. In der ϕ-Richtung bedeutet, dass die Düse eine Winkeldrehung φ um ihre Längsachse durchführen kann. Um Bauelemente sehr genau in der gewünschten Lage auf einem Substrat anzubringen umfasst der Automat ein erste Bilderzeugungsanordnung 12, die an dem Rahmen ortsfest angeordnet ist, und eine zweite Bilderzeugungsanordnung 13, die an dem Arm 5 des Roboters befestigt ist, und zwar neben dem Bestückungskopf. Der Automat umfasst weiterhin eine Bezugsplatte 14. Diese Bezugsplatte hat eine Öffnung 15. Diese Öffnung ist so groß, dass das Bauelement durch die Öffnung hindurch gegeben werden kann. In der Nähe der Öffnung hat die Bezugsplatte erste Markierungen 16, in dem vorliegenden Beispiel vier. Die Bezugsplatte hat eine zweite Markierung 17 in einem bestimmten Abstand von der Öffnung.
Die zweite Markierung hat eine sehr genaue und bekannte Lage gegenüber den ersten Markierungen Die ortsfeste erste Bilderzeugungsanordnung 12 befindet sich unterhalb der Öffnung 15 der Bezugsplatte. Die Öffnung 15 sowie die ersten Markierungen 16, die diese Öffnung umgeben, befinden sind innerhalb des Bildfeldes 18 der Bilderzeugungsanordnung. Die Bezugsplatte ist vorzugsweise aus einem transparenten Material hergestellt. Das Verfahren der Anordnung eines Bauelementes auf einem Substrat wird nachstehend anhand der 2 und 3 näher beschrieben.
Der Roboter wird zunächst in Richtung des Bauelementzubringers geführt, wo die Saugdüse 9 des Bestückungskopfes 6 ein Bauelement 10 mit Hilfe eines Teilvakuums aufnimmt. Der Bestückungskopf 6 wird danach über die Bezugsplatte 14 gebracht und das Bauelement wird in die Öffnung 15 der Bezugsplatte gegeben. Zu diesem Zeitpunkt befindet sich die zweite Markierung 17 innerhalb des Bildfeldes 19 der zweiten Bilderzeugungsanordnung 13. Die erste Bilderzeugungsanordnung 12 mach sich nun ein Bild des Bauelementes 10 und der Markierungen 16, die das Element umgeben und die zweite Bilderzeugungsanordnung 13 macht sich ein Bild der zweiten Markierung 17. Diese Bilder werden gleichzeitig gemacht. Die Bilddaten werden einem Bildprozessor 20 zugeführt, der die aktuelle Lage des Bauelementes gegenüber der zweiten Bilderzeugungsanordnung berechnet. Daraufhin positioniert der Roboter die zweite Bilderzeugungsanordnung 13 über eine Markierung 21 des Substrats 7. Die Lage dieser Markierung 21 gegenüber der Lage, in der das Bauelement auf dem Substrat angebracht werden soll, ist genau bekannt und wird in dem Bildprozessor gespeichert. Nun macht sich die zweite Bilderzeugungsanordnung 13 ein Bild der zweiten Markierung 21 auf dem Substrat und führt die resultierenden Bilddaten dem Bildprozessor zu. Der Bildprozessor berechnet die Lage der zweiten Bilderzeugungsanordnung 13 gegenüber der Lage, in der das Bauelement auf dem Substrat angeordnet werden soll. Da die Lage des Bauelementes gegenüber der zweiten Bilderzeugungsanordnung ebenfalls bekannt ist, ist die relative Lage des Bauelementes gegenüber der Lage, in der das Bauelement auf dem Substrat angeordnet werden soll, ebenfalls genau bekannt, in der X-, in der Y- und in der Z-Richtung sowie in der ϕ-Richtung. Mit Hilfe dieser Daten kann der Bestückungskopf 6 genau in die gewünschte Lage ausgerichtet werden, damit das Bauelement 10 auf dem Substrat 7 angeordnet wird. In der Praxis wird die Lage des Bauelementes im Allgemeinen durch die Lage der Kontaktstifte 22 und die Lage des Substrats definiert, mit denen die Kontaktstifte Kontakt machen sollen, durch die Lage der Kontakt flächen 23 definiert. Zum Ermitteln der Lage gegenüber der zweiten Bilderzeugungsanordnung hat diese Anordnung einen Bezugspunkt 24.
Die Bezugsplatte braucht keine Öffnung zu haben um von dem Bauelement ein Bild zu machen. Der Vorteil aber einer Öffnung ist, dass das Bauelement in die Öffnung gebracht werden kann, wodurch das Bauelement und die Markierung der Bezugsplatte auf im Wesentlichen demselben Pegel angebracht werden und folglich in demselben Bildabstand von der Bilderzeugungsanordnung. Dies führt zu einer größeren Genauigkeit der Messung. Vorzugsweise befindet sich die Bezugsplatte auf demselben Pegel wie dfas Substrat.
Die Bilderzeugungsfolge ist nicht wesentlich. So ist es beispielsweise auch möglich, dass zunächst eine Markierung des Substrats abgebildet wird und dass danach das Bauelement abgebildet wird.

Claims

Verfahren zum Anbringen eines Bauelementes (10) auf einem Substrat (7), wobei, nachdem ein Bauelement von einem Bestückungskopf (6), der an einem Arm (5) von einem Robotor befestigt ist, aufgenommen worden ist, dieses Bauelement in eine Bildfeld einer ortsfesten ersten Bilderzeugungsanordnung (12) gebracht wird und das Bauelement abgebildet wird, eine zweite Bilderzeugungsanordnung (13), die ebenfalls an dem genannten Arm des Roboters befestigt ist, eine Markierung (21) des Substrats abbildet, wonach die Lage des Bauelementes und die Position, wo das Bauelement auf dem Substrat angeordnet werden soll, aus den resultierenden Bilddaten berechnet werden und der Bestückungskopf daraufhin das Bauelement an der gewünschten Stelle auf das Substrat setzt, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Abbildung des Bauelementes die erste Bilderzeugungsanordnung (12) ebenfalls wenigstens eine Markierung (16) auf einer Bezugsplatte (14) abbildet und gleichzeitig die zweite Bilderzeugungsanordnung (13) wenigstens eine andere Markierung (17) auf der Bezugsplatte (14) abbildet, wonach die Lage des Bauelementes gegenüber der zweiten Bilderzeugungsanordnung aus den resultierenden Bilddaten berechnet wird.
Verfahren zum Anbringen eines Bauelementes auf einem Substrat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zum Abbilden des Bauelementes das Bauelement in nahezu denselben Bildabstand wie die erste Markierung gebracht wird.
Bestückungsautomat mit einem Rahmen, einem Roboter, einem Transportsystem zum Transportieren der Substrate (7), einem Bestückungskopf (6) zum Platzieren von Bauelementen (10) auf das Substrat, wobei dieser Bestückungskopf an einem Arm (5) des Roboters befestigt ist, mit einer ersten Bilderzeugungsanordnung (12), die mit dem Rahmen ortsfest verbunden ist, zum Ermitteln der Lage des Bauelementes, und mit einer zweiten Bilderzeugungsanordnung (13) die sich zusammen mit dem Bestückungskopf verlagert um eine Markierung (21) des Substrats zu detektieren, dadurch gekennzeichnet, dass der Bestückungsautomat eine Bezugsplatte (14) mit wenigstens einer ersten Markierung (16) und einer zweiten Markierung (17) aufweist, wobei diese Markierungen sich in einem festen Abstand voneinander befinden und wobei die erste Markierung (16) während der Abbildung des Bauelementes innerhalb des Bildfeldes der ersten Bilderzeugungsanordnung (12) liegt, während gleichzeitig die zweite Markierung (17) innerhalb des Bildfeldes der zweiten Bilderzeugungsanordnung (13) liegt.
Bestückungsautomat nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Bezugsplatte eine Öffnung aufweist, durch die ermöglicht wird, dass ein von dem Bestückungskopf aufgenommenes Bauelement durch diese Öffnung hindurch geführt wird, und dass die Bezugsplatte wenigstens eine erste Markierung neben der Öffnung aufweist.
Bestückungsautomat nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Bezugsplatte auf nahezu demselben Pegel wie das Substrat liegt.