DE102024111277B4

DE102024111277B4 - Dezentrale Unterdruckerzeugung in einem Shuttle-Bestückmodul

Info

Publication number: DE102024111277B4
Application number: DE102024111277.8A
Authority: DE
Inventors: Frieder Berthold; Timo Briem; Christian Mack; Matthias Miksch; Stefan Pfänder; Vincent Pfeifer; Severin Unger
Original assignee: ASMPT GmbH and Co KG
Current assignee: ASMPT GmbH and Co KG
Priority date: 2024-04-23
Filing date: 2024-04-23
Publication date: 2025-11-06
Anticipated expiration: 2044-04-24
Also published as: CN120835525A; DE102024111277A1

Abstract

Beschrieben wird ein Shuttle-Bestückmodul (100) zum automatischen Bestücken von Bauelementeträgern (497) mit Bauelementen (195). Das Shuttle-Bestückmodul (100) umfasst (a) ein Fahrwerk (102), welches konfiguriert ist, sich an und entlang einer Führungsbahn (190) zu bewegen; (b) eine Unterdruck-Erzeugungseinrichtung (120), welche an dem Fahrwerk (102) angebracht ist; und (c) einen Montagekopf (150), welcher an dem Fahrwerk (102) angebracht ist und welcher zumindest eine Pinole (152) mit einem ersten Ende (152a) und einem zweiten Ende (152b) aufweist. Das erste Ende (152a) ist mit der Unterdruck-Erzeugungseinrichtung (120) pneumatisch gekoppelt ist und das zweite Ende (152b) ist derart ausgebildet, dass ein Sauggreifer (154) zum temporären Halten eines Bauelements (195) an dem zweiten Ende (152b) anbringbar ist. Die Unterdruck-Erzeugungseinrichtung (120) weist auf eine erste Pumpe (330) zum Erzeugen eines zumindest annähernd kontinuierlichen Saugdrucks in der Pinole (152) und eine zweite Pumpe (340) zum Erzeugen von pneumatischen Pulsen in der Pinole (152), wobei die pneumatischen Pulse sowohl Unterdruck-Pulse als auch Überdruck-Pulse umfassen. Alternativ weist das Shuttle-Bestückmodul (100) ferner auf einen Energiespeicher (110), welcher den Montagekopf (150) und/oder die Unterdruck-Erzeugungseinrichtung (120) mit elektrischer Energie versorgt und welcher mittels einer an der Führungsbahn (190) angeordneten Ladeinfrastruktur (170) aufladbar ist.
Ferner wird beschrieben ein Shuttle-Bestückmodul-Bestücksystem (480) mit zumindest einem solchen Shuttle-Bestückmodul (100) sowie ein Verfahren zum Bestücken von Bauelementeträgern (497) unter Verwendung eines solchen Shuttle-Bestückmodul-Bestücksystems (480).

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein das technische Gebiet der Bestücktechnik. d.h. der Bestückung von Bauelementeträgern mit Bauelementen und insbesondere mit elektronischen Bauelementen. Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere ein Shuttle-Bestückmodul, welches entlang einer Führungsbahn verfahrbar ist und welches einen Montagekopf zum Bestücken der Bauelementeträger aufweist. Die vorliegende Erfindung betrifft ferner ein Bestücksystem mit einer Führungsbahn und zumindest einem solchen Shuttle-Bestückmodul. Außerdem betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Bestücken von Bauelementeträgern mit Bauelementen unter Verwendung eines solchen Bestücksystems mit zumindest einem solchen Shuttle-Bestückmodul. Ein Bestücksystem mit einer Führungsbahn und zumindest einem solchen Shuttle-Bestückmodul wird in diesem Dokument auch als Shuttle-Bestückmodul-Bestücksystem bezeichnet.
Hintergrund der Erfindung
Eine Bestückung von Bauelementeträgern mit elektronischen Bauelementen erfolgt typischerweise mittels Bestückautomaten. Ein Bestückautomat weist einen Bestückkopf auf, welcher elektronische Bauelemente (i) in einem Bauelement-Aufnahmebereich an einer Abholposition einer Bauelement-Zuführeinrichtung aufgreift, (ii) in einen Bestückbereich des Bestückautomaten transportiert, in welchem sich der zu bestückende Bauelementeträger befindet, und (iii) das aufgegriffene Bauelement an einer vorgegebenen Bestückposition auf den Bauelementeträger aufsetzt. Eine Bewegung des Bestückkopfes erfolgt typischerweise mittels eines Portal- oder Flächenpositioniersystems, welches aufweist (a) eine an einem Chassis des Bestückautomaten angebrachte stationäre Führungsschiene, (b) einen an der stationären Führungsschiene angebrachten und entlang der stationären Führungsschiene beweglichen querstehenden Trägerarm und (c) ein an dem querstehenden Trägerarm angebrachtes und entlang des querstehenden Trägerarms bewegliches Montageelement. An diesem Montageelement ist der Bestückkopf angebracht.
Im Stand der Technik sind beispielsweise aus den Dokumenten DE 100 60 205 A1 und DE 11 2013 003 227 B4 auch Bestücksysteme bekannt, welche anstelle eines Bestückkopfes, welcher mittels eines Portalsystems zwischen einem Bauelement-Aufnahmebereich und einem Bestückbereich verfahren wird, eine Mehrzahl von sog. Shuttle-Bestückmodulen aufweist, die jeweils einen Montagekopf aufweisen und die an und entlang einer geschlossenen Führungsbahn zwischen einem Bauelement-Aufnahmebereich und einem Bestückbereich verfahrbar sind. Wenn sich ein Shuttle-Bestückmodul in dem Bauelement-Aufnahmebereich befindet, kann der Montagekopf von einem Bauelement-Zuführsystem mit ggf. mehreren Bauelement-Zuführeinrichtungen zumindest ein Bauelement aufnehmen. Wenn sich das Shuttle-Bestückmodul in dem Bestückbereich befindet, dann kann der Montagekopf das zumindest eine zuvor aufgenommene Bauelement auf einen in dem Bestückbereich bereitgestellten Bauelementeträger aufsetzen.
Zum Aufnehmen und Halten von Bauelementen werden in der Regel Sauggreifer verwendet. Diese saugen das betreffende Bauelement mittels eines von einer Unterdruck-Erzeugungseirichtung erzeugten Unterdrucks an der (kleinen) Stirnfläche einer Spitze des Sauggreifers an. Dabei wird der Unterdruck über einen in dem Sauggreifer ausgebildeten Saugkanal an eine Oberfläche des betreffenden Bauelements übertragen. Die Erzeugung des Unterdrucks typischerweise für eine Mehrzahl von Sauggreifern erfolgt dabei mit einer zentralen Unterdruck-Erzeugungseinrichtung. Bei einem an einem Portalsystem angebrachten Bestückkopf mit einer Mehrzahl von Sauggreifern erfolgt die Übertragung von Unterdruck mittels eines ausgeklügelten Vakuum-Leitungssystem. Dieses umfasst neben Unterdruck-Schläuchen eine Reihe von mehr oder weniger luftdicht ausgebildeten pneumatischen Kanälen, welche auch zwischen zwei relativ zueinander bewegbaren Komponenten und/oder durch einen Übergang zwischen zwei relativ zueinander bewegbaren Komponenten hindurch ausgebildet sein können. Außerdem kann ein solches Vakuum-Leitungssystem schaltbare Ventile aufweisen, so dass nicht immer alle vorhandenen Sauggreifer mit Unterdruck versorgt werden müssen.
Bei einem Bestücksystem mit vorstehend genannten Shuttle-Bestückmodulen, welches in diesem Dokument auch als Shuttle-Bestückmodul-Bestücksystem bezeichnet wird, ist die Realisierung eines Vakuum-Leitungssystems aber deutlich schwieriger. Dies kann beispielsweise daran liegen, dass sich bei einem Bewegen der Shuttle-Bestückmodule flexible pneumatische Koppeleinrichtungen wie Unterdruck-Schläuche miteinander verdrillen oder verheddern können.
DE 11 2015 000 672 T5 offenbart einen Pick-and-Place-Bestückungskopf mit einer internen Unterdruck- und Luftdruckzuführung sowie eine Montagemaschine, die zum Bestücken von Leiterplatten ausgelegt ist. Die Montagemaschine weist auf (i) Bestückungsmodule (ii) Zuführmodule und (iii) Pick & Place-Bestückungsköpfe zum Aufnehmen und Platzieren von Bauteilen auf einer Leiterplatte. Die Montagemaschine weist ferner auf (iv) eine Bahn, die einen kontinuierlichen Umlauf bildet, so dass die Bestückungsköpfe in einer Richtung entlang der Bahn rotieren können. Die Bestückköpfe weisen jeweils eine Luftpumpe auf, welche einen Luftstrom erzeugen kann, mit dem ein Bauteil beispielsweise mittels eines Unterdrucks pneumatisch an einer Düse einer Spindel gehalten werden kann.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Erzeugung von Unterdruck für ein Shuttle-Bestückmodul mit (zumindest) einem Sauggreifer zu vereinfachen.
Zusammenfassung der Erfindung
Diese Aufgabe wird gelöst durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche. Vorteilhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird beschrieben ein Shuttle-Bestückmodul zum automatischen Bestücken von Bauelementeträgern mit Bauelementen. Das beschriebene Shuttle-Bestückmodul weist auf (a) ein Fahrwerk, welches konfiguriert ist, sich an und entlang einer (vorgegebenen) Führungsbahn zu bewegen; (b) eine Unterdruck-Erzeugungseinrichtung, welche (raumfest) an dem Fahrwerk angebracht ist; und (c) einen Montagekopf, welcher an dem Fahrwerk angebracht ist und welcher zumindest eine Pinole mit einem ersten Ende und einem zweiten Ende aufweist, wobei das erste Ende mit der Unterdruck-Erzeugungseinrichtung pneumatisch gekoppelt ist und das zweite Ende derart ausgebildet ist, dass ein Sauggreifer zum temporären Halten eines Bauelements an dem zweiten Ende anbringbar ist.
Dem beschriebenen Shuttle-Bestückmodul liegt die Erkenntnis zugrunde, dass in einem Bestücksystem mit einer Führungsbahn und einer Mehrzahl von solchen Shuttle-Bestückmodulen, mit denen jeweils zumindest ein Bauelement von einem Bauelement-Zuführsystem in einem Bauelement-Aufnahmebereich zu einem Bestückbereich transportiert und dann auf einem in dem Bestückbereich befindlichen Bauelementeträger aufgesetzt wird, einzelne Shuttle-Bestückmodule jeweils eine eigene Unterdruck-Erzeugungseinrichtung aufweisen können. Im Vergleich zu bekannten Bestücksystemen, bei denen der Unterdruck mit einem zentralen Unterdruck-Erzeugungssystem erzeugt wird und der erzeugte Unterdruck über geeignete pneumatische Verbindungskomponenten (beispielsweise Schläuche, Kanäle, etc.) an die Sauggreifer übertragen wird, realisiert das hier beschriebene Shuttle-Bestückmodul einen ganz anderen, nämlich einen dezentralen Ansatz. Der Unterdruck wird dabei in bzw. von dem beweglichen Shuttle-Bestückmodul selbst erzeugt und einem an der Pinole angebrachten Sauggreifer zum Zwecke des Haltens eines aufgenommenen Bauelements zugeführt. Damit entfällt auf vorteilhafte Weise die Notwendigkeit einer pneumatischen Verbindung von dem beweglichen bzw. mobilen Shuttle-Bestückmodul zu einem stationären bzw. zentralen Unterdruck-Erzeugungssystem. Die Bereitstellung von Unterdruck in dem Shuttle-Bestückmodul und insbesondere in einer Mehrzahl von Shuttle-Bestückmodulen wird damit wesentlich vereinfacht. Insbesondere kann bei dem hier beschriebenen dezentralen Ansatz die Länge einer pneumatischen Verbindungsleitung zwischen der Unterdruck-Erzeugungseinrichtung und dem Saugreifer vergleichsweise kurz gehalten werden, so dass bereits aus diesem Grund auf vorteilhafte Weise eine geringe Unterdruck-Leckage bzw. -Leckrate gewährleistet ist. Der Sauggreifer kann in bekannter Weise auch als Saugpipette bezeichnet werden.
Bei einem Bestücksystem mit einer Mehrzahl von Shuttle-Bestückmodulen, welche von einem zentralem Unterdruck-Erzeugungssystem über jeweils eine flexible pneumatische Koppeleinrichtung, insbesondere einen Schlauch bzw. einen Schlauchabschnitt, pneumatisch mit Unterdruck versorgt werden, kann es bei Bewegungen der Shuttle-Bestückmodule und insbesondere bei Bewegungen der Shuttle-Bestückmodule über mehrere Runden der (geschlossenen) Führungsbahn zu einem Durcheinander bzw. einem miteinander Verdrillen oder Verheddern der einzelnen flexiblen pneumatischen Koppeleinrichtungen kommen. Dies ist bei dem hier beschriebenen Konzept der dezentralen Erzeugung von Unterdruck nicht möglich, da das entsprechende Bestücksystem, welches in diesem Dokument auch als Shuttle-Bestückmodul-Bestücksystem bezeichnet wird, frei von solchen flexiblen pneumatischen Koppeleinrichtungen ist. Dies erleichtert auch einen Wechsel bzw. einen Austausch von Shuttle-Bestückmodulen an der Führungsbahn.
Mit einem Shuttle-Bestückmodul-Bestücksystem, welches mehrere der hier beschriebenen Shuttle-Bestückmodule aufweist, kann ein besonders hoher Grad an Parallelisierung erreicht werden. Dies bedeutet, dass gleichzeitig mit unterschiedlichen Shuttle-Bestückmodulen unterschiedliche Bauelemente (i) von dem Bauelement-Zuführsystem abgeholt, (ii) von dem Bauelement-Zuführsystem zu dem Bestückbereich transportiert und (iii) in dem Bestückbereich auf zumindest einem Bauelementeträger aufgesetzt werden können. Außerdem können gleichzeitig Shuttle-Bestückmodule, die nach einem Bestückvorgang frei von Bauelementen sind, zurück von dem Bestückbereich zu dem Bauelement-Zuführsystem bewegt bzw. gefahren werden. Durch einen hohen Grad an Parallelisierung kann durch ein entsprechendes Shuttle-Bestückmodul-Bestücksystem auf vorteilhafte Weise eine im Vergleich zu bekannten Bestückautomaten höhere Bestückleistung erreicht werden. Unter dem Begriff „Bestückleistung“ ist in diesem Zusammenhang die maximale Anzahl an Bauelementen zu verstehen, die innerhalb einer bestimmten Zeiteinheit bestückt werden können.
Unter dem Begriff „Shuttle-Bestückmodul“ kann in diesem Dokument jedes beliebige Modul verstanden werden, welches eine vollständige Bestückfunktionalität aufweist. Dies bedeutet, dass von dem Montagekopf des Shuttle-Bestückmoduls zumindest ein Bauelement (i) von einem Bauelement-Zuführsystem aufgenommen werden kann, (ii) durch eine Fahrt des Shuttle-Bestückmoduls entlang der vorgegebenen Führungsbahn hin zu einem Bestückbereich transportiert werden kann und (iii) in dem Bestückbereich auf einen darin bereitgestellten und zu bestückenden Bauelementeträger aufgesetzt werden kann. Dabei kann das Bauelement-Zuführsystem ggf. auch mehrere Bauelement-Zuführeinrichtungen aufweisen, über welche jeweils ein Typ von Bauelement dem Bestückprozess zugeführt werden kann. Der Montagekopf kann ggf. mehrere Pinolen aufweisen, an denen jeweils ein Sauggreifer anbringbar ist, so dass nach dem Prinzip von „Collect and Place“ (i) zunächst mehrere Bauelemente aufgenommen werden, (ii) die aufgenommenen Bauelemente dann gemeinsam zu dem Bestückbereich transportiert werden und (iii) die mehreren transportierten Bauelemente eines nach dem anderen auf dem betreffenden Bauelementeträger platziert werden.
Unter dem Begriff „Fahrwerk“ kann in diesem Dokument eine beliebige mechanische Vorrichtung verstanden werden, welche an einer entsprechend ausgebildeten Führungsbahn verschiebbar angebracht werden kann. Das Fahrwerk kann dazu eine (bewegliche) Koppelstruktur aufweisen, welche sich bei einer Bewegung des Shuttle-Bestückmoduls mit einer stationären Koppelstruktur der Führungsbahn in Eingriff oder in einer gegenseitigen Anziehung befindet. Dadurch wird sichergestellt, dass das Shuttle-Bestückmodul bei seiner Bewegung zuverlässig an bzw. von der Führungsbahn geführt wird. Das Fahrwerk kann beispielsweise ein Schlitten und die Führungsbahn kann eine Schiene bzw. eine Mehrzahl von Schienenabschnitten oder Schienensegmenten aufweisen. Eine Reibung zwischen Fahrwerk und Führungsbahn kann in an sich bekannter Weise beispielsweise durch von der Führungsbahn ausströmende Luft reduziert werden, welche von einer Mehrzahl von kleinen Luft-Austrittsöffnungen ausströmt. Die dafür erforderliche Druckluft kann von einer zentralen Überdruck-Erzeugungseinrichtung erzeugt werden.
Unter dem Begriff „Führungsbahn“ kann in diesem Dokument jede beliebige räumlich körperliche Struktur verstanden werden, welche (komplementär zu dem Fahrwerk bzw. zu zumindest einem Teil des Fahrwerks) derart ausgebildet ist, dass sich das Fahrwerk im Betrieb ausschließlich (linear) entlang der Längserstreckung der Führungsbahn bewegen kann. Die Führungsbahn kann insbesondere eine geschlossene Führungsbahn sein, welche gerade Segmente und gekrümmte Segmente aufweist. Optional kann die Führungsbahn zusätzlich zu der geschlossenen Führungsbahn auch noch zumindest eine weitere Führungsbahn aufweisen, wobei die geschlossenen Führungsbahn und die weitere Führungsbahn über zumindest ein geeignetes Weichensegment verbunden sind, über welches Shuttle-Bestückmodule zwischen den beiden Führungsbahnen übergeben werden können. Die weitere Führungsbahn kann beispielsweise dazu verwendet werden, dass für einen aktuellen Bestückauftrag nicht benötigte Shuttle-Bestückmodule vorrübergehend von der geschlossenen Führungsbahn entfernt und an der weiteren Führungsbahn „geparkt“ werden. Allgemein kann die Führungsbahn ein beliebiges System von geschlossenen und/oder offenen Teil-Führungsbahnen aufweisen, wobei eine offene Führungsbahn eine Führungsbahn mit einem freien Ende ist.
Unter dem Begriff „Unterdruck-Erzeugungseinrichtung“ kann in diesem Dokument jede beliebige Saugeinrichtung verstanden werden, welche einen an der Pinole angebrachten Sauggreifer mit dem nötigen Unterdruck versorgt, der zum temporären Halten eines Bauelements erforderlich ist. Die Unterdruck-Erzeugungseinrichtung kann direkt oder indirekt aber bevorzugt raumfest an dem Fahrwerk angebracht sein. Optional kann die Unterdruck-Erzeugungseinrichtung für das Platzieren und während eines Verfahrens eines leeren bzw. von einem Bauelement freien Shuttle-Bestückmodul (von dem Bestückbereich hin zu dem Bauelement-Zuführsystem) abgeschaltet werden, beispielsweise durch ein geeignetes schaltbares Ventil.
Unter dem Begriff „Montagekopf“ kann in diesem Dokument jede beliebige Handhabungseinrichtung verstanden werden, welche in der Lage ist, (i) im Bereich des Bauelement-Zuführsystems zumindest ein Bauelement aufzugreifen und (ii) im Bestückbereich zumindest ein Bauelement auf dem betreffenden Bauelementeträger aufzusetzen. Insbesondere kann der Montagekopf einen Antrieb aufweisen, welche die Pinole entlang einer vertikalen z-Achse anheben und absenken kann. Der Montagekopf kann, da er direkt oder indirekt an dem verfahrbaren Fahrwerk angebracht ist, auch als ein (mobiler) Bestückkopf bezeichnet werden.
Unter dem Begriff „Pinole“ kann in diesem Dokument jede räumlich körperliche Struktur verstanden werden, welche in ihrem Inneren einen (kanalartigen) Innenraum zum Übertragen des von der Unterdruck-Erzeugungseinrichtung erzeugten Unterdrucks aufweist. Das beschriebene erste Ende kann als erste pneumatische Schnittstelle bezeichnet werden, über welche der Innenraum direkt oder indirekt mit der Unterdruck-Erzeugungseinrichtung pneumatisch koppelbar ist. Das beschriebene zweite Ende kann als zweite Schnittstelle bezeichnet werden, über welche der Innenraum der Pinole mit einem Saugkanal eines angebrachten Sauggreifers pneumatisch gekoppelt werden kann. Zusätzlich kann die zweite Schnittstelle auch eine mechanische Schnittstelle für ein sicheres (lösbares) Anbringen des Sauggreifers sein.
Unter dem Begriff „Bauelement“ können in diesem Dokument alle bestückungsfähigen Elemente verstanden werden, welche an einem Bauelementeträger angebracht bzw. montiert werden können. Der Begriff „Bauelement“ kann gehäuste (elektronische) Bauelemente und insbesondere ungehäuste Bauelemente bzw. Chips umfassen. Dazu zählen ein-, zwei- oder mehrpolige SMT-Bauelemente oder andere hochintegrierte flächige, runde oder anders geformte Bauelemente wie beispielsweise Ball Grid Arrays, Bare Dies, Flip Chips oder einzelne Teile wie z.B. Halbleiter-Chips eines Halbleiterwafers, welche insbesondere nach einem Strukturieren und einem Schneiden des Wafers zu fertigen Bauelementen weiterverarbeitet werden. Der Begriff „Bauelement" kann in diesem Dokument aber auch elektrisch nicht aktive Komponenten umfassen wie beispielsweise bestückungsfähige elektrische Stecker oder Steckverbinder, Kühlkörper, Abschirmungselemente, Gehäuseteile, etc.
Unter dem Begriff „Bauelementeträger“ kann in diesem Dokument jede Art von bestückungsfähigem Medium, insbesondere Substrate oder Leiterplatten, verstanden werden. Ein bestückungsfähiges Medium, insbesondere eine Leiterplatte, kann starr oder auch flexibel sein. Es kann auch sowohl zumindest einen ersten starren Bereich als auch zumindest einen zweiten flexiblen Bereich aufweisen. Ein bestückungsfähiges Medium kann auch ein temporärer Träger sein, an dem zum Zwecke einer Fertigung von Bauelementen, beispielsweise mittels eines sog. „embedded Wafer Level Package“ (eWLP) Prozesses, noch ungehäuste Chips angebracht werden. Ein solcher temporärer Träger kann eine klebrige Folie sein, die in bekannter Weise an einer Rahmenstruktur aufgespannt ist. Die klebrige Folie kann eine wärmelösbare Folie (sog. thermo release foil) sein, so dass die angeklebten Chips unter dem Einsatz von Wärmeenergie auf einfache Weise von der (zuvor) klebrigen Folie abgelöst werden können.
Erfindungsgemäß weist die Unterdruck-Erzeugungseinrichtung auf eine erste Pumpe zum Erzeugen eines zumindest annähernd kontinuierlichen (oder quasikontinuierlichen) Saugdrucks in der Pinole.
Die erste Pumpe sollte dabei derart dimensioniert sein, dass sie einen Unterdruck erzeugt, der ausreichend stark ist, um das jeweilige Bauelement an dem Sauggreifer zu halten. Dabei ist es erforderlich, dass die erste Pumpe so stark ist, dass ein stets vorhandener Leckageverlust durch einen ausreichenden Volumenstrom kompensiert wird. Ein solcher Leckageverlust tritt beispielsweise an pneumatischen Leitungen und insbesondere an einer vorderen bzw. distalen Stirnfläche des Sauggreifers auf, in welcher die Saugöffnung des Saugreifer ausgebildet ist. In der Praxis wird ein gehaltenes Bauelement nämlich in der Regel diese Saugöffnung nicht perfekt abdichten.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung weist die erste Pumpe eine Membranpumpe auf.
Eine Membranpumpe kann auf einfache Weise einen quasikontinuierlichen Volumenstrom an Luft erzeugen, so dass der zum Halten eines Bauelementes erforderliche zumindest annähernd kontinuierliche (oder quasikontinuierliche) Saugdruck zuverlässig erzeugt werden kann. Bei einer Membranpumpe wird in an sich bekannter Weise eine Membran in Schwingungen versetzt, so dass Gase in einem mit der Pinole pneumatisch gekoppelten Hohlraum je nach aktueller Schwingungsrichtung entweder angesaugt oder ausgestoßen werden. Über zwei Ventile, ein eingangsseitiges Ventil und ein ausgangsseitiges Ventil, wird der durch die Membranschwingungen erzeugte Volumenstrom „gleichgerichtet“, so dass am Eingang der Membranpumpe der beschriebene Saugdruck vorhanden ist. Die mit den Membranschwingungen verknüpften Auslenkungen der Membran können beispielsweise mittels elektromagnetischer Kräfte durch einen geeigneten Aktor erzeugt werden.
Die hier beschriebene Verwendung einer Membranpumpe hat den Vorteil, dass zur Realisierung des Shuttle-Bestückmoduls kommerziell erhältliche Pumpen verwendet werden können. Als erste Pumpe kann dabei eine einzige Membranpumpe oder es können mehrere Membranpumpen verwendet werden. Die Anzahl an Membranpumpen kann an die jeweiligen Anforderungen angepasst sein. Es ist auch möglich, dass abhängig von den aktuellen Anforderungen an die Stärke des Saugdrucks eine jeweils geeignete Anzahl von Membranpumpen von einer Gesamtanzahl an Membranpumpen aktiviert werden.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung weist die Membranpumpe auf (i) ein Membranelement und (ii) einen piezoelektrischen Aktuator zum Auslenken des Membranelements. Die beschriebene Membranpumpe kann damit auf vorteilhafte Weise als eine sog. Mikromembranpumpe realisiert werden. Diese kann mit einer hohen Frequenz betrieben werden, so dass der erzeugte Volumenstrom und damit auch der erzeugte Saugdruck eine besonders hohe Kontinuität haben. Insbesondere hat eine solche Mikromembranpumpe den Vorteil, dass sie in einer kompakten Bauform und mit einem sehr geringen Eigengewicht realisiert werden kann, so dass sie auf dem Shuttle-Bestückmodul nur wenig Platz einnimmt und aufgrund ihres geringen Gewichts die Dynamik des Shuttle-Bestückmoduls in Hinblick auf Bewegungsverläufe (hohe Beschleunigungen und starke Abbremsungen) nur sehr wenig beeinträchtigt.
Erfindungsgemäß weist die Unterdruck-Erzeugungseinrichtung (ferner) auf eine zweite Pumpe zum Erzeugen von (kurzfristigen) pneumatischen Pulsen in der Pinole, wobei die pneumatischen Pulse sowohl Unterdruck-Pulse als auch Überdruck-Pulse umfassen.
Die beschriebenen Druckpulse können dazu beitragen, das Aufnehmen und das Abgeben von Bauelementen zu unterstützen. Konkret kann ein kurzfristiger Unterdruck-Puls dazu beitragen, dass das betreffende Bauelement zuverlässig und schnell von einer Bauelement-Abholposition einer Bauelement-Zuführeinrichtung an den Sauggreifer transferiert wird. Der beschriebene kurzfristige Überdruck-Puls kann in an sich bekannter Weise beim Aufsetzen eines Bauelements auf den Bauelementeträger das erforderliche Ablösen des betreffenden Bauelements von dem Sauggreifer unterstützen und dazu beitragen, dass das Bauelements zuverlässig an einem an dem Bauelementeträger vorhandenen Depot von Lotpaste anhaftet.
Eine Kombination der beschriebenen zweiten Pumpe mit der vorstehend beschriebenen ersten Pumpe ermöglicht (i) zum einen eine hohe Dynamik und einen hohen Luftdurchsatz sowohl beim Aufnehmen als auch beim Abgeben von Bauelementen im Rahmen von Bestückprozessen und (ii) zum anderen die Bereitstellung eines kontinuierlichen Unterdrucks während des Transports der Bauelemente von einer Bauelement-Aufnahmebereich in einen Bestückbereich des betreffenden Bestückautomaten. Mit dem (quasi)kontinuierlichen Luftstrom, veranlasst durch die erste Pumpe, können, wie vorstehend beschrieben, Leckagen ausgeglichen werden, so dass ein hoher Unterdruck aufrechterhalten werden kann.
Es wird darauf hingewiesen, dass beim Aufsetzen eines Bauelements der betreffende Überdruck-Puls (kurzfristig) so stark sein kann, dass die pneumatische Ausgabe der Unterdruck-Erzeugungseinrichtung ein kurzfristiger Überdruck ist. Da bei einem Bestückprozess aber die meiste Zeit ein Unterdruck erforderlich ist, wird in diesem Dokument der Ausdruck Unterdruck-Erzeugungseinrichtung verwendet, obwohl diese auch (kurzfristig) einen Überdruck erzeugen kann.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung weist die zweite Pumpe einen Pumpenraum sowie innerhalb des Pumpenraums einen verschiebbar gelagerten und antreibbaren Kolben auf.
Die hier beschriebene Ausgestaltung der zweiten Pumpe basiert auf dem Prinzip einer Hubkolbenpumpe, wobei der Pumpenraum, beispielsweise ein Hohlzylinder, nicht mit „Gleichrichter-Ventilen“ pneumatisch gekoppelt ist, welche bei einer üblichen Hubkolbenpumpe dafür sorgen, dass beim Betrieb der Pumpe mit einer Vielzahl an Kolbenhüben eine einheitliche Förderrichtung erreicht wird. Die beschriebene zweite Pumpe ist nämlich, wie vorstehend beschrieben, derart ausgestaltet, dass sie sowohl einen kurzfristigen Unterdruck als auch einen kurzfristigen Überdruck erzeugen kann. Dabei ist bevorzugt der Unterdruck mit einer Bewegung des Kolbens in einer ersten Richtung und der Überdrück mit einer Bewegung des Kolbens in einer zweiten Richtung verknüpft, wobei die zweite Richtung entgegengesetzt zu der ersten Richtung ist.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung weist die zweite Pumpe ferner einen weiteren Pumpenraum sowie innerhalb des weiteren Pumpenraums einen verschiebbar gelagerten und antreibbaren weiteren Kolben auf. Dadurch kann auf einfache und vorteilhafte Weise bei Bedarf der Volumenstrom der zweiten Pumpe erhöht werden. Außerdem kann bei Bedarf die Frequenz, mit der die pneumatischen Pulse erzeugt werden, erhöht werden.
Es wird darauf hingewiesen, dass der Kolben und der weitere Kolben je nach konkreter Anforderung gleichphasig oder mit einer zueinander relativen Phasendifferenz bewegt werden können. Im Falle einer gleichphasigen Bewegung kann der Volumenstrom erhöht werden. Bei einer geeigneten relativen Phasendifferenz zwischen dem Kolben und dem weiteren Kolben kann die Frequenz der erzeugten pneumatischen Pulse erhöht werden. Außerdem kann bei einer geeigneten relativen Phasendifferenz auch ein starker Unterdruck und ggf. auch ein Überdruck über einen längeren Zeitraum aufrecht erhalten werden. Außerdem können pneumatische Schwingungen der kolbenpumpenartigen zweiten Pumpe unter Beibehaltung aller Vorteile in Bezug auf hohe Fördermengen und hohe Dynamik von Kolbenpumpen geglättet werden.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung weist das Shuttle-Bestückmodul (ferner) ein pneumatisches Leitungssystem auf, über welches das erste Ende der Pinole mit der ersten Pumpe und mit der zweiten Pumpe pneumatisch koppelbar ist. Dies hat den Vorteil, dass sowohl der Saugdruck der ersten Pumpe als auch die von der zweiten Pumpe verursachten pneumatischen Pulse an die Pinole und damit auch an den Sauggreifer auf einfache und wirksame Art angelegt werden können. Dabei können je nach konkretem Anwendungsfall der Saugdruck und die pneumatischen Pulse auf einfache Weise miteinander überlagert oder zeitlich versetzt angelegt werden.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung weist (a) das pneumatische Leitungssystem drei Leitungsabschnitte und einen Knotenpunkt auf, an welchem die drei Leitungsabschnitte zusammentreffen. Dabei (a1) verbindet ein erster Leitungsabschnitt die erste Pumpe mit dem Knotenpunkt, (a2) ein zweiter Leitungsabschnitt verbindet die zweite Pumpe mit dem Knotenpunkt und (c)der dritte Leitungsabschnitt verbindet die Pinole mit dem Knotenpunkt. Ferner weist (b) das pneumatische Leitungssystem zwei Ventile auf, wobei (b1) ein erstes Ventil in dem ersten Leitungsabschnitt angeordnet ist und (b2) das zweite Ventil in dem zweiten Leitungsabschnitt angeordnet ist.
Das beschriebene pneumatische Leitungssystem mit den (zumindest) drei Leitungsabschnitten, dem (zumindest) einen Knotenpunkt und den (zumindest) zwei Ventilen hat den Vorteil, dass durch eine geeignete Ansteuerung der Ventile die Druckverhältnisse an der Pinole und damit auch an dem daran angebrachten Sauggreifer auf einfache und effektive Weise dynamisch bzw. zeitlich veränderbar eingestellt werden können. Damit kann für jede Phase eines Bestückungsvorgangs, d.h. (i) für die Aufnahme eines Bauelements, (ii) für das Halten des aufgenommenen Bauelements während eines Transports des Bauelements von dem Bauelement-Aufnahmebereich in einen Bestückbereich des betreffenden Bestückautomaten, (iii) für das Aufsetzen des Bauelements auf dem betreffenden Bauelementeträger und (iv) für eine Bewegung des Shuttle-Bestückmoduls ohne Bauelement von dem Bestückbereich zu dem Bauelement-Aufnahmebereich ein geeigneter Druck eingestellt werden.
Bei einer Ausführungsform können die beschriebenen Ventile die entsprechenden Volumenströme (von Luft) kontinuierlich steuern. Dadurch kann durch eine geeignete Ansteuerung der Ventile der Beitrag der jeweiligen Pumpe zu den Druckverhältnissen an der Pinole kontinuierlich eingestellt werden. Bei anderen Ausführungsformen ist zumindest eines der Ventile ein schaltbares Absperrventil, so dass der entsprechende Volumenstrom quasi digital entweder ermöglicht oder unterbunden wird. Ein pneumatisches Leitungssystems mit (lediglich) schaltbaren Absperrventilen kann besonders einfach und damit kostengünstig realisiert werden. Dies gilt nicht nur für die Ventile selbst, sondern auch für eine erforderliche Ansteuerung der Ventile. Die Erfinder haben herausgefunden, dass für viele Anwendungsfälle eine (digitale) Schaltbarkeit der Ventile für zuverlässige Bestückungsvorgänge mit den vorstehend beschriebenen vier Phasen völlig ausreichend ist.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung weist das Shuttle-Bestückmodul ferner auf ein drittes Ventil, welches pneumatisch zwischen dem Pumpenraum der zweiten Pumpe und einer Umgebung der Unterdruck-Erzeugungseinrichtung angeordnet ist.
Das dritte Ventil kann auf vorteilhafte Weise einen zusätzlichen Volumenstrom in den Pumpenraum der zweiten Pumpe ermöglichen. Ein solcher zusätzlicher Volumenstrom kann beispielsweise dann notwendig sein, wenn bei geschlossenem zweitem Ventil der Kolben zur Vorbereitung einer nächsten Hubbewegung in eine Position gebracht werden soll, in der das von dem Pumpenraum und dem Kolben eingeschlossene Volumen maximal oder zumindest vergleichsweise groß ist. Diese Position wird manchmal auch als oberer Totpunkt des Kolbens bezeichnet.
Das dritte Ventil kann ebenso wie das erste Ventil und das zweite Ventil ein verstellbares Ventil sein, mit dem der Volumenstrom durch das dritte Ventil kontinuierlich einstellbar oder diskret abschaltbar ist.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung weist die Unterdruck-Erzeugungseinrichtung einen (passiven) Druckbehälter mit einem eingangsseitigen Anschluss und einem ausgangsseitigen Anschluss auf, wobei der ausgangsseitige Anschluss direkt oder indirekt mit der Pinole pneumatisch koppelbar ist oder gekoppelt ist.
Der Druckbehälter kann abhängig von der konkreten Anwendung mit einem Unterdruck oder einem Überdruck beaufschlagbar sein. Es ist auch denkbar, dass während der Abarbeitung eines bestimmten Bestückungsauftrags, mit dem ggf. mehrere (gleichartige) Bestückprodukte gefertigt werden, in einer Phase eine Unterdruck-Beaufschlagung und in einer anderen Phase eine Überdruck-Beaufschlagung stattfindet. In diesem Zusammenhang ist unter einem Bestückprodukt ein Bauelementeträger samt der darauf aufgesetzten Bauelemente zu verstehen. Ein mit Unterdruck beladener Druckbehälter kann dafür sorgen, dass abhängig von Leckageverlusten ein Bauelement an dem Sauggreifer gehalten wird. Ferner kann ein Unterdruck aus dem Druckbehälter dafür verwendet werden, dass ein Bauelement zuverlässig und schnell von dem Bauelement-Zuführsystem an den Sauggreifer transferiert wird. Ein mit Überdruck beladener Druckbehälter kann dafür verwendet werden, ein von einem Sauggreifer gehaltenes Bauelement zuverlässig und schnell von dem Sauggreifer auf den zu bestückenden Bauelementeträger zu transferieren.
Es wird darauf hingewiesen, dass die Unterdruck-Erzeugungseinrichtung neben dem hier beschriebenen Druckbehälter auch noch die bereits vorstehend beschriebene erste Pumpe und/oder die bereits vorstehend beschriebene zweite Pumpe aufweist. In diesem Fall kann der hier beschriebene Druckbehälter, je nach Vorzeichen seiner Druckbeladung, auch den Betrieb der jeweiligen Pumpe unterstützen.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist der eingangsseitige Anschluss derart konfiguriert, dass der Druckbehälter mit einem externen Druckgenerator-System pneumatisch koppelbar ist.
Das externe Druckgenerator System kann entlang der Führungsbahn eines entsprechenden Shuttle-Bestückmodul-Bestücksystems angeordnet sein. Wenn im Betrieb dieses Bestücksystems das Shuttle-Bestückmodul an dem externen Druckgenerator-System vorbeifährt, kann es dort kurz anhalten und je nach Anwendungsfall mit einem Unterdruck oder einem Überdruck beladen werden. Anschaulich ausgedrückt kann das externe Druckgenerator-System als eine „Drucktankstelle“ für eine „Druckbetankung“ bezeichnet werden. Die Drucktankstelle kann auch an einer Stelle angeordnet sein, an der während des üblichen Bestückbetriebs das Shuttle-Bestückmodul ohnehin anhalten muss. Dies ist beispielsweise bei einem Aufgreifen eines Bauelements von einem Bauelement-Zuführsystem und bei einem Aufsetzen des Bauelements auf einen Bauelementeträger der Fall.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist der eingangsseitige Anschluss oder ein weiterer eingangsseitiger Anschluss des Druckbehälters mit der zweiten Pumpe pneumatisch koppelbar oder pneumatisch gekoppelt. Dies hat den Vorteil, dass die zweite Pumpe auch dann auf vorteilhafte Weise genutzt werden kann, wenn sie eigentlich nicht benötigt wird. Dies ist dann der Fall, wenn während des Haltens eines Bauelements (über einen vergleichsweise langen Zeitraum) lediglich der (vergleichsweise geringe) Saugdruck der ersten Pumpe erforderlich ist. Die zweite Pumpe kann je nach Anwendungsfall den Druckbehälter mit einem Unterdruck oder mit einem Überdruck beladen.
Im Falle der Beladung mit einem Unterdruck kann der in dem Druckbehälter gespeicherte Unterdruck (i) den Transfer eines Bauelements von seiner Bauelement-Abholposition an den Sauggreifer (alleine) veranlassen oder (ii) die zweite Pumpe bei der Veranlassung eines solchen Transfers unterstützen. Im Falle der Beladung mit einem Überdruck kann der in dem Druckbehälter gespeicherte Überdruck (i) den Transfer eines Bauelements von der Spitze des Sauggreifers auf den Bauelementeträger (alleine) veranlassen oder (ii) die zweite Pumpe bei der Veranlassung eines solchen Transfers von Sauggreifer zu Bauelementeträger pneumatisch unterstützen. Sowohl für eine alleinige Veranlassung solcher Bauelement-Transfers als auch für eine Unterstützung solcher Bauelement-Transfers können schaltbare Ventile verwendet werden, welche dafür sorgen, dass jeweils zum richtigen Zeitpunkt der Druckbehälter mit der Pinole pneumatische gekoppelt bzw. entkoppelt wird.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung weist das Shuttle-Bestückmodul ferner auf eine inter-Shuttle Pneumatikschnittstelle, welche konfiguriert ist, mit einer weiteren inter-Shuttle Pneumatikschnittstelle eines weiteren Shuttle-Bestückmoduls pneumatisch zu koppeln, so dass ein Unterdruck und/oder ein Überdruck von dem Shuttle-Bestückmodul zu dem weiteren Shuttle-Bestückmodul transferierbar ist. Dies bedeutet anschaulich, dass das hier beschriebene Shuttle-Bestückmodul nicht nur sich selbst sondern auch zumindest ein weiteres Shuttle-Bestückmodul mit einem für einen Bestückvorgang erforderlichen Unterdruck und/oder Überdruck versorgt. Die Unterdruck-Erzeugungseinrichtung des hier beschriebenen Shuttle-Bestückmoduls kann dabei anhängig von der konkreten Ausführungsform zumindest eine der vorstehend beschriebenen Komponenten (i) erste Pumpe, (ii) zweite Pumpe und (iii) Druckbehälter aufweisen. Grundsätzlich kann jede dieser Komponenten für eine geeignete Druckversorgung des weiteren Shuttle-Bestückmoduls sorgen oder diese unterstützen. Falls auch das weitere Shuttle-Bestückmodul zumindest eine der vorstehend beschriebenen Komponenten (i) erste Pumpe, (ii) zweite Pumpe und (iii) Druckbehälter aufweist, können sich diese Komponenten von unterschiedlichen Shuttle-Bestückmodulen untereinander unterstützen. Ferner kann ggf. ein Ausfall einer solchen Komponente kompensiert werden.
Der beschriebene Transfer von Unterdruck und/oder Überdruck kann durch ein miteinander Koppeln bzw. Verbinden (i) der inter-Shuttle Pneumatikschnittstelle mit (ii) der weiteren inter-Shuttle Pneumatikschnittstelle zu einer inter-Shuttle Pneumatikverbindung erfolgen. Dies kann grundsätzlich in jeder beliebigen Phase der Bewegung der Module an der Führungsbahn erfolgen. Bevorzugt erfolgt der Drucktransfer jedoch zu Zeitpunkten, an denen sich die beiden betreffenden Shuttle-Bestückmodule in Ruhe befinden. Dies kann beispielsweise der Fall sein, wenn sich die beteiligten Shuttle-Bestückmodule vor dem Aufnehmen von Bauelementen an einem Bauelement-Zuführsystem in einer Warteposition befinden und/oder wenn sich die beteiligten Shuttle-Bestückmodule vor dem Aufsetzen von Bauelementen in einem Bestückbereich des betreffenden Shuttle-Bestückmodul-Bestücksystem in einer weiteren Warteposition befinden. Es können entlang der Führungsbahn auch bestimmte Abschnitte vorgesehen sein, in denen ein solcher Transfer von Unterdruck und/oder ein Überdruck durchgeführt werden muss. An einem solchen Abschnitt können auch geeignete (automatische) Handhabungseinrichtungen vorgehalten werden, welche die Kopplung zwischen den beiden inter-Shuttle Pneumatikanschlüssen vornehmen oder eine solche Kopplung zumindest unterstützen.
Erfindungsgemäß weist das Shuttle-Bestückmodul ferner einen Energiespeicher auf, welcher den Montagekopf und/oder die Unterdruck-Erzeugungseinrichtung mit elektrischer Energie versorgt und welcher mittels einer an der Führungsbahn angeordneten Ladeinfrastruktur aufladbar ist.
Der beschriebene Energiespeicher hat den Vorteil, dass für eine zuverlässige elektrische Energieversorgung des Shuttle-Bestückmoduls keine elektrischen Kabel notwendig sind, welche sich von einer zentralen elektrischen Energieversorgungseinrichtung, beispielsweise ein zentrales Netzteil, hin zu den einzelnen Shuttle-Bestückmodulen eines Shuttle-Bestückmodul-Bestücksystem erstrecken, welches eine Mehrzahl von Shuttle-Bestückmodulen aufweist. Es ist also nicht möglich, dass solche elektrischen Kabel während des Betriebs eines solchen Shuttle-Bestückmodul-Bestücksystems durcheinandergeraten bzw. sich miteinander verdrillen oder verheddern.
Durch den hier beschriebenen auch in Bezug auf die elektrische Energieversorgung dezentralen Ansatz ist es möglich, auch Shuttle-Bestückmodul-Bestücksysteme mit einer räumlich vergleichsweise komplexen Führungsbahn zu realisieren, welche mehrere sich ggf. kreuzende oder verzweigende Führungsbahnabschnitte aufweist. Auch anfällige elektrische Schleifkontakte, welche anstelle von solchen elektrischen Kabeln verwendet werden könnten, sind nicht erforderlich, um eine zuverlässige und insbesondere kontinuierliche elektrische Energieversorgung zu gewährleisten. Mit dem beschriebenen elektrischen Energiespeicher sind also bei einem ausreichenden Ladezustand insbesondere die Komponenten Montagekopf und/oder Unterdruck-Erzeugungseinrichtung immer betriebsbereit. Das beschriebene Shuttle-Bestückmodul kann damit die ihm zugewiesenen Aufgaben zuverlässig und fehlerfrei erledigen bzw. abarbeiten. Zu diesen Aufgaben zählen insbesondere (i) die Aufnahme von Bauelementen von einem Bauelement-Zuführsystem in einem Bauelement-Aufnahmebereich, (ii) das Halten der aufgenommenen Bauelemente während eines Transports der Bauelemente von dem Bauelement-Aufnahmebereich in einen Bestückbereich, und (iii) das Aufsetzen des Bauelements auf dem betreffenden Bauelementeträger. Die Zuverlässigkeit sowohl beim Aufnehmen als auch bei Aufsetzen kann insbesondere bedeuten, dass keine Bauelemente verloren gehen.
Es wird darauf hingewiesen, dass die Zuverlässigkeit der Energieversorgung durch den beschriebenen elektrischen Energiespeicher auch gegenüber bekannten induktiven und/oder kapazitiven Energieversorgungskonzepten deutlich erhöht ist. Induktive und/oder kapazitive Energieversorgungskonzepte, die entlang der gesamten Führungsbahn ununterbrochen eine zuverlässige Energieversorgung bereitstellen, sind in der Praxis nämlich schwierig zu realisieren. Dies gilt insbesondere an Abschnitten der Führungsbahn, welche Abschnitte eine Krümmung aufweisen.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung weist der Energiespeicher eine wiederaufladbare Batterie (bzw. Akku) und/oder einen Superkondensator auf.
Derartige Arten von elektrischem Energiespeicher sind kommerziell in großen Stückzahlen und vergleichsweise preiswert erhältlich. Zudem gibt es solche Energiespeicher in verschiedensten Bauformen und mit für jede Anwendung passenden Speicherkapazitäten (in Wh, Wattstunden). Dies hat zur Folge, dass das beschriebene Shuttle-Bestückmodul preiswert und mit einer für jeden Anwendungsfall geeigneten elektrischen Dimensionierung realisiert werden kann.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung weist das Shuttle-Bestückmodul ferner auf eine Ladestation-Ladeschnittstelle, welche mit dem Energiespeicher elektrisch gekoppelt ist und welche mit einer externen Ladestation der Ladeinfrastruktur zum Aufladen des Energiespeichers koppelbar ist. Die externe Ladestation kann dazu eine Shuttle-Bestückmodul-Ladeschnittstelle aufweisen, welche zu der beschriebenen Ladestation-Ladeschnittstelle komplementär ist, so dass die Ladestation-Ladeschnittstelle und die damit energetisch gekoppelte Shuttle-Bestückmodul-Ladeschnittstelle eine Ladeverbindung bilden.
Die beschriebene Ladestation-Ladeschnittstelle kann dann ein Aufladen des Energiespeichers ermöglichen, wenn sich das Shuttle-Bestückmodul, entlang der Bewegung des Shuttle-Bestückmoduls an der Führungsbahn, in einem Wirkbereich der Ladestation befindet. In diesem Zusammenhang ist bevorzugt die Ladestation an einer bestimmten Position der Führungsbahn angeordnet, so dass eine zuverlässige Kopplung zum Aufladen gewährleistet ist. Das Aufladen kann dabei während eines vorrübergehenden Stopps des Shuttle-Bestückmoduls erfolgen, beispielsweise dann, wenn während des üblichen Bestückbetriebs das Shuttle-Bestückmodul ohnehin anhalten muss. Dies kann beispielsweise bei einem Aufgreifen eines Bauelements von einem Bauelement-Zuführsystem und bei einem Aufsetzen des Bauelements auf einen Bauelementeträger der Fall sein. Ein solcher Stopp kann auch unmittelbar vor einem Bauelement-Aufnahmebereich und/oder vor einem Bestückbereich des betreffenden Shuttle-Bestückmodul-Bestücksystems erfolgen. Auch hier kann das Laden des Energiespeichers zeitneutral erfolgen, wenn nämlich das betreffende Shuttle-Bestückmodul warten muss, wenn zumindest ein vorheriges Shuttle-Bestückmodul gerade am Aufnehmen zumindest eines Bauelementes oder am Bestücken bzw. Aufsetzen zumindest eines Bauelementes ist.
Bei manchen Ausführungsformen eines Shuttle-Bestückmodul-Bestücksystems ist auch ein Aufladen des Energiespeichers ohne ein Anhalten des Shuttle-Bestückmoduls möglich. Dies kann dann der Fall sein, wenn die Ladestation derart ausgebildet ist, dass das Aufladen des Energiespeichers nicht nur in einer konkreten Position, sondern entlang einer gewissen Wegstrecke entlang der Führungsbahn möglich ist. In einem solchen Fall kann die während eines entsprechenden „on-the-fly“ Ladevorgangs auf den Energiespeicher transferierte Energie optional dadurch erhöht werden, dass in diesem Wegstrecken-Bereich die Geschwindigkeit des Shuttle-Bestückmoduls zumindest etwas reduziert wird.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die Ladestation-Ladeschnittstelle derart konfiguriert, dass das Aufladen des Energiespeichers (i) drahtlos induktiv und/oder kapazitiv und/oder (ii) drahtgebunden über eine elektrische Kontaktierung erfolgt.
Die hier beschriebenen physikalischen Kopplungsprinzipien zwischen Ladestation-Ladeschnittstelle des Shuttle-Bestückmoduls und der vorstehend genannten Shuttle-Bestückmodul-Ladeschnittstelle der Ladestation sind an sich bekannt und können alle, individuell und ggf. sogar in Kombination, von einem Fachmann derart realisiert werden, dass eine entsprechende Übertragung von Energie zuverlässig möglich ist.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung weist das Shuttle-Bestückmodul ferner eine inter-Shuttle Ladeschnittstelle auf, welche konfiguriert ist, mit einer weiteren inter-Shuttle Ladeschnittstelle eines weiteren Shuttle-Bestückmoduls (mit einem weiteren Energiespeicher) elektrisch zu koppeln, so dass elektrische Energie von dem Shuttle-Bestückmodul zu dem weiteren Shuttle-Bestückmodul transferierbar ist.
Dies bedeutet anschaulich, dass das hier beschriebene Shuttle-Bestückmodul zumindest ein weiteres Shuttle-Bestückmodul mit elektrischer Energie versorgen kann. Dazu muss auch das weitere Shuttle-Bestückmodul einen (weiteren) Energiespeicher aufweisen. Optional aber bevorzugt weist das weitere Shuttle-Bestückmodul neben einem (weiteren) Montagekopf eine (weitere) Unterdruck-Erzeugungseinrichtung des vorstehend beschriebenen Typs auf, welche einen für einen Bestückvorgang erforderlichen Unterdruck und/oder Überdruck erzeugt.
Der beschriebene Transfer von elektrischer Energie kann durch ein miteinander Koppeln bzw. Verbinden (i) der inter-Shuttle Ladeschnittstelle mit (ii) der weiteren inter-Shuttle Ladeschnittstelle zu einer inter-Shuttle Ladeverbindung erfolgen. Dies kann grundsätzlich in jeder beliebigen Phase der Bewegung der Module an der Führungsbahn erfolgen. Bei manchen Ausführungsformen erfolgt der Transfer von elektrischer Energie zwischen den beiden beteiligten Shuttle-Bestückmodulen während der üblichen Bewegung der Shuttle-Bestückmodule an der Führungsbahn. Dies hat den Vorteil, dass in Bezug auf die Bestückleistung des betreffenden Shuttle-Bestückmodul-Bestücksystems der Energietransfer zeitneutral realisiert werden kann. Bei anderen Ausführungsformen erfolgt der inter-Shuttle Energietransfer dann, wenn sich die betreffenden Shuttle-Bestückmodule in Ruhe befinden. In diesen Fällen erfolgt der Energietransfer bevorzugt zu Zeitpunkten bzw. an Positionen, an denen sich die beiden betreffenden Shuttle-Bestückmodule ohnehin in Ruhe befinden. Dies kann beispielsweise der Fall sein, wenn sich die beteiligten Shuttle-Bestückmodule vor dem Aufnehmen von Bauelementen an einem Bauelement-Zuführsystem in einer Warteposition befinden und/oder wenn sich die beteiligten Shuttle-Bestückmodule vor dem Aufsetzen von Bauelementen in einem Bestückbereich des betreffenden Shuttle-Bestückmodul-Bestücksystem in einer weiteren Warteposition befinden.
Es können entlang der Führungsbahn auch bestimmte Abschnitte vorgesehen sein, in denen ein solcher Transfer von Energie durchgeführt werden muss. Insbesondere im Falle einer Energieübertragung über eine drahtgebundene Verbindung über Ladekontakte können an einem solchen Abschnitt auch geeignete (automatische) Handhabungseinrichtungen vorgehalten werden, welche die Kopplung zwischen den entsprechenden Ladekontakten vornehmen oder eine solche Kopplung zumindest unterstützen.
Es ist auch möglich, an der Führungsbahn eine weitere Führungsbahn vorzusehen, entlang welcher gerade nicht benötigte Shuttle-Bestückmodule geparkt werden. Ein an dieser weiteren Führungsbahn befindliches Shuttle-Bestückmodul kann dann über eine an dieser weiteren Führungsbahn angeordneten Ladeinfrastruktur ohne Zeitdruck aufgeladen werden. Die weitere Führungsbahn kann über geeignete schaltbare Weichenelemente mit der Führungsbahn verbunden sein, so dass auf vorteilhafte Weise ohne einen manuellen Bedieneingriff ein Transfer eines Shuttle-Bestückmoduls zwischen der Führungsbahn und der weiteren Führungsbahn möglich ist.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung weist das Shuttle-Bestückmodul ferner auf eine Antriebseinheit für das Fahrwerk, welche konfiguriert ist, das Shuttle-Bestückmodul entlang der Führungsbahn zu bewegen.
Die beschriebene Antriebseinheit hat den Vorteil, dass das Shuttle-Bestückmodul unter der Voraussetzung einer geeigneten Antriebssteuerung unabhängig von anderen Shuttle-Bestückmodulen entlang der Führungsbahn bewegt werden kann. Ein Shuttle-Bestückmodul-Bestücksystem, bei dem zumindest einige der Shuttle-Bestückmodule eine eigene Antriebseinheit aufweisen, basiert damit auch in Bezug auf ihre Bewegung entlang der Führungsbahn auf einem dezentralen Ansatz. Jedes Shuttle-Bestückmodul kann damit mit einer in Bezug auf eine möglichst hohe Bestückleistung des gesamten Shuttle-Bestückmodul-Bestücksystems optimalen Geschwindigkeit entlang der Führungsbahn bewegt werden, so dass jedes der Shuttle-Bestückmodule immer möglichst frühzeitig am richtigen Ort ankommt, insbesondere am Bauelement-Aufnahmebereich und am Bestückbereich, um dort so bald wie möglich seine „Arbeit zu verrichten“.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die Antriebseinheit eine bewegliche Komponente eines Linearmotors und eine stationäre Komponente des Linearmotors erstreckt sich entlang der Führungsbahn. Dies hat den Vorteil, dass die Antriebseinheit nicht ein vollständiger Motor sein muss und damit vergleichsweise kompakt realisiert werden kann.
Der Linearmotor sollte derart ausgebildet sein, dass er auch dann eine zuverlässige Bewegung des Shuttle-Bestückmoduls gewährleistet, wenn sich das Shuttle-Bestückmodul im Bereich einer Kurve bzw. einer Krümmung der (geschlossenen) Führungsbahn befindet. Dies kann beispielsweise durch leicht gekrümmte Wicklungen von elektrischen Spulen der Spulenkomponente des Linearmotors und/oder durch eine geeignete nicht ganz parallele Anordnung von Permanentmagneten der nicht elektrischen Komponente des Linearmotors realisiert werden.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung weist die bewegliche Komponente des Linearmotors Permanentmagnete auf. Dies hat den Vorteil, dass das Shuttle-Bestückmodul für seine Bewegung entlang der Führungsbahn keine Energie verbraucht. Die für die Bewegung des Shuttle-Bestückmoduls erforderliche Energie kann vielmehr in an sich bekannter Weise über eine Vielzahl von aktuierbaren Spulen bereitgestellt werden, welche elektromagnetisch mit den Permanentmagneten wechselwirken.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung weist die bewegliche Komponente des Linearmotors Elektromagnete auf. Dies hat den Vorteil, dass unerwünschte elektromagnetische Streufelder entlang der Führungsbahn reduziert werden können.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird beschrieben ein Shuttle-Bestückmodul-Bestücksystem zum Bestücken von Bauelementeträgern mit Bauelementen. Das Shuttle-Bestückmodul-Bestücksystem weist auf (a) eine Führungsbahn und (b) zumindest ein Shuttle-Bestückmodul. Das Shuttle-Bestückmodul weist auf (i) ein Fahrwerk, welches konfiguriert ist, sich an und entlang einer Führungsbahn zu bewegen; (ii) eine Unterdruck-Erzeugungseinrichtung, welche an dem Fahrwerk angebracht ist; und (iii) einen Montagekopf, welcher an dem Fahrwerk angebracht ist und welcher zumindest eine Pinole mit einem ersten Ende und einem zweiten Ende aufweist, wobei das erste Ende mit der Unterdruck-Erzeugungseinrichtung pneumatisch gekoppelt ist und das zweite Ende derart ausgebildet ist, dass ein Sauggreifer zum temporären Halten eines Bauelements an dem zweiten Ende anbringbar ist; wobei das Shuttle-Bestückmodul-Bestücksystem ferner aufweist (c) eine weitere Führungsbahn, welche derart ausgebildet ist, dass das Fahrwerk auch entlang der weiteren Führungsbahn bewegbar ist; und (d) zumindest ein schaltbares Weichenelement, über welches die weitere Führungsbahn (492) mit der Führungsbahn (190) verbunden ist.
Dem beschriebenen Shuttle-Bestückmodul-Bestücksystem liegt die Erkenntnis zugrunde, dass Unterdruck, welcher für das Halten eines Bauelements an dem Sauggreifer erforderlich ist und welcher erfindungsgemäß von einer mobilen dezentralen Unterdruck-Erzeugungseinheit erzeugt wird, frei von flexiblen pneumatischen Koppeleinrichtungen wie insbesondere Schlauchverbindungen an den Sauggreifer übertragen werden kann. Damit ist bei einem Shuttle-Bestückmodul-Bestücksystem mit zumindest zwei im Betrieb befindlichen Shuttle-Bestückmodulen bei einer Bewegung der Shuttle-Bestückmodule und insbesondere bei Bewegungen der Shuttle-Bestückmodule über mehrere Runden der Führungsbahn schon rein denklogisch ein miteinander Verdrillen oder Verheddern von solchen flexiblen pneumatischen Koppeleinrichtungen nicht möglich.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die Führungsbahn eine umlaufende und geschlossene Führungsbahn, welche sich zwischen einem Bauelement-Aufnahmebereich und einem Bestückbereich des Shuttle-Bestückmodul-Bestücksystems erstreckt.
Mit der umlaufenden und geschlossenen Führungsbahn können sich auf vorteilhafte Weise alle Shuttle-Bestückmodule in der gleichen Richtung bewegen und somit ein kontinuierlicher Bestückbetrieb realisiert werden. Ferner kann eine unerwünschte Kollision von Shuttle-Bestückmodule vermieden werden.
Die Führungsbahn kann aus einzelnen Abschnitten aufgebaut sein, wobei zumindest einige Abschnitte gekrümmt sind. Bevorzugt hat die Führungsbahn eine polygonale Form mit sowohl geraden Abschnitten als auch mit gekrümmten Abschnitten.
Wie bereits vorstehend beschrieben werden in dem Bauelement-Aufnahmebereich die Bauelemente an einer Abholposition einer Bauelement-Zuführeinrichtung aufgegriffen. In dem Bestückbereich werden, wie ebenfalls vorstehend beschrieben, die Bauelemente an einer vorgegebenen Bestückposition auf einen bereitgestellten Bauelementeträger aufsetzt.
An der erfindungsgemäßen weiteren Führungsbahn können beispielsweise gerade nicht benötigte Shuttle-Bestückmodule angebracht sein. Dabei können diese nicht benötigten Shuttle-Bestückmodule sich bewegen oder in Ruhe befinden bzw. geparkt werden.
Das erfindungsgemäße zumindest eine schaltbare Weichenelement kann von einer Steuereinrichtung des Shuttle-Bestückmodul-Bestücksystems angesteuert und zu Umschaltbewegungen veranlasst werden, so dass Shuttle-Bestückmodule automatisiert zwischen der Führungsbahn und der weiteren Führungsbahn transferiert werden können. Ein solches „Hin- und Her-Transferieren“ kann auch dazu verwendet werden, um die Reihenfolge der sich an und entlang der Führungsbahn bewegenden Shuttle-Bestückmodule zu ändern.
An der weiteren Führungsbahn kann ein Shuttle-Bestückmodul beispielsweise im Rahmen einer Inspektion gewartet, von dem Shuttle-Bestückmodul-Bestücksystem entfernt oder gegen ein anderes Shuttle-Bestückmodul ausgetauscht werden. Ferner kann bei einem Shuttle-Bestückmodul an der weiteren Führungsbahn eine vorstehend beschriebene „Druckbetankung“ vorgenommen werden. Außerdem kann bei Ausführungsformen des Shuttle-Bestückmoduls mit einem vorstehend beschriebenen elektrischen Energiespeicher eine elektrische Aufladung des Energiespeichers vorgenommen werden. Da das betreffende sich an der weiteren Führungsbahn befindliche Shuttle-Bestückmodul nicht an dem Bestückbetrieb teilnimmt, kann die elektrische Aufladung des Energiespeichers in der Regel ohne Zeitdruck durchgeführt werden. Eine in diesem Zusammenhang durchgeführte Aufladung mit einem vergleichsweise kleinen Ladestrom hat den Vorteil, dass das Aufladen des Energiespeichers, insbesondere wenn es sich um einen Akku handelt, besonders schonend durchgeführt wird und somit eine lange Lebendsauer des elektrischen Energiespeichers erreicht werden kann. Ein an der weiteren Führungsbahn aufgeladenes Shuttle-Bestückmodul kann seine aufgeladene Energie in einem späteren Bestückbetrieb selbst verbrauchen oder optional einen Teil davon an zumindest ein anderes Shuttle-Bestückmodul abgeben. Dafür kann die vorstehend beschriebene inter-Shuttle Ladeschnittstelle zum Einsatz kommen.
Die weitere Führungsbahn kann eine geschlossene oder eine offene Führungsbahn sein. In diesem Zusammenhang bedeutet „offen“ anschaulich ausgedrückt, dass die weitere Führungsbahn eine „Sackgasse“ bildet, d.h. ein Shuttle-Bestückmodul muss für einen Transfer von der Führungsbahn auf die weitere Führungsbahn entlang einer Einfahrrichtung bewegt werden und für einen Transfer von der weiteren Führungsbahn auf die Führungsbahn entlang einer Ausfahrrichtung bewegt werden, welche entgegengesetzt zu der Einfahrrichtung ist.
Das beschriebene Shuttle-Bestückmodul-Bestücksystem kann auch mehr als eine weitere Führungsbahn aufweisen, die bevorzugt alle über Weichenelemente direkt oder indirekt miteinander verbunden sind. Die Gesamtheit an Führungsbahnen kann ein Führungsbahnsystem bilden, welches abhängig für die jeweilige Anwendung und die jeweils vorgegebenen Randbedingungen jede geeignete Topologie aufweisen kann.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird beschrieben ein Verfahren zum automatischen Bestücken von Bauelementeträgern mit Bauelementen unter Verwendung eines vorstehend beschriebenen Shuttle-Bestückmodul-Bestücksystems. Das beschriebene Verfahren weist auf (a) ein Aufnehmen eines Bauelements von einem Bauelement-Zuführsystem, welches sich in einem Bauelement-Aufnahmebereich des Shuttle-Bestückmodul-Bestücksystems befindet, mittels des Montagekopfes unter Verwendung der an dem Fahrwerk angebrachten Unterdruck-Erzeugungseinrichtung; (b) ein Bewegen des Shuttle-Bestückmoduls entlang der Führungsbahn von dem Bauelement-Aufnahmebereich hin zu einem Bestückbereich des Shuttle-Bestückmodul-Bestücksystems; und (c) ein Aufsetzen des aufgenommenen Bauelements auf einen Bauelementeträger, welcher in dem Bestückbereich bereitgestellt ist.
Dem beschriebenen Verfahren liegt die Erkenntnis zugrunde, dass mit Shuttle-Bestückmodulen des vorstehend beschriebenen Typs, die in Bezug auf eine für eine Bauelement-Handhabung erforderliche Unterdruckerzeugung autark sind und welche optional zudem mit einem Energiespeicher ausgestattet sind, der Bestückbetrieb mit einem hohen Maß an Parallelisierung durchgeführt werden kann. Dies bedeutet, dass gleichzeitig mit unterschiedlichen Shuttle-Bestückmodulen unterschiedliche Bauelemente (i) von dem Bauelement-Zuführsystem abgeholt, (ii) von dem Bauelement-Zuführsystem zu dem Bestückbereich transportiert und (iii) in dem Bestückbereich auf zumindest einem Bauelementeträger aufgesetzt werden können. Außerdem können gleichzeitig Shuttle-Bestückmodule, die nach einem Bestückvorgang frei von Bauelementen sind, (iv) zurück von dem Bestückbereich zu dem Bauelement-Zuführsystem bewegt bzw. gefahren werden. Durch einen solchen hohen Grad an Parallelisierung kann eine im Vergleich zu bekannten Bestückautomaten deutlich höhere Bestückleistung erreicht werden.
Es wird darauf hingewiesen, dass Ausführungsformen der Erfindung mit Bezug auf unterschiedliche Erfindungsgegenstände beschrieben wurden. Insbesondere sind einige Ausführungsformen der Erfindung mit Vorrichtungsansprüchen und andere Ausführungsformen der Erfindung mit Verfahrensansprüchen beschrieben. Dem Fachmann wird jedoch bei der Lektüre dieses Dokuments sofort klar werden, dass, sofern nicht explizit anders angegeben, zusätzlich zu einer Kombination von Merkmalen, die zu einem Typ von Erfindungsgegenstand gehören, auch eine beliebige Kombination von Merkmalen möglich ist, die zu unterschiedlichen Typen von Erfindungsgegenständen gehören.
Weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der folgenden beispielhaften Beschreibung derzeit bevorzugter Ausführungsformen.
Kurze Beschreibung der Zeichnung

1 zeigt ein Shuttle-Bestückmodul mit einer Unterdruck-Erzeugungseinrichtung und einer induktiv aufladbaren Batterie als elektrischer Energiespeicher gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
2 zeigt ein Shuttle-Bestückmodul gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei dem die Unterdruck-Erzeugungseinrichtung mittels eines mit Unterdruck beaufschlagbaren Druckbehälters realisiert ist.
3 zeigt eine Unterdruck-Erzeugungseinrichtung mit einer ersten Pumpe zum Erzeugen eines kontinuierlichen Saugdrucks und mit einer zweiten Pumpe zum Erzeugen von pneumatischen Pulsen.
4 zeigt ein Shuttle-Bestückmodul-Bestücksystem mit einer Mehrzahl von Shuttle-Bestückmodulen, die konfiguriert sind, sich entlang einer Umlaufrichtung an und entlang einer Führungsbahn zu bewegen und dabei in einem Bauelement-Aufnahmebereich Bauelemente von einem Bauelement-Zuführsystem aufzugreifen, die aufgegriffenen Bauelementen in einen Bestückbereich zu transportieren und in dem Bestückbereich die transportierten Bauelemente auf einem bereitgestellten Bauelementeträger aufzusetzen.

Detaillierte Beschreibung
Es wird darauf hingewiesen, dass in der folgenden detaillierten Beschreibung Merkmale bzw. Komponenten von unterschiedlichen Ausführungsformen, die mit den entsprechenden Merkmalen bzw. Komponenten von einer anderen Ausführungsform gleich oder zumindest funktionsgleich sind, mit den gleichen Bezugszeichen oder mit Bezugszeichen versehen sind, welche in den letzten beiden Ziffern identisch sind mit den Bezugszeichen von entsprechenden gleichen oder zumindest funktionsgleichen Merkmalen bzw. Komponenten. Zur Vermeidung von unnötigen Wiederholungen werden bereits anhand einer vorher beschriebenen Ausführungsform erläuterte Merkmale bzw. Komponenten an späterer Stelle nicht mehr im Detail erläutert.
Ferner wird darauf hingewiesen, dass die nachfolgend beschriebenen Ausführungsformen lediglich eine beschränkte Auswahl an möglichen Ausführungsvarianten der Erfindung darstellen. Insbesondere ist es möglich, die Merkmale einzelner Ausführungsformen in geeigneter Weise miteinander zu kombinieren, so dass für den Fachmann mit den hier explizit dargestellten Ausführungsvarianten eine Vielzahl von verschiedenen Ausführungsformen als offensichtlich offenbart anzusehen sind.
1 zeigt ein Shuttle-Bestückmodul 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Das Shuttle-Bestückmodul 100 weist ein Fahrwerk 102 auf, welches räumlich körperlich derart ausgestaltet ist, dass es sich an und entlang einer Führungsbahn 190 bewegen kann. Dazu können sowohl an dem Fahrwerk 102 als auch an der Führungsbahn 190 jeweils komplementäre Führungsstrukturen ausgebildet sein, welche im Betrieb des Shuttle-Bestückmoduls 100 sich miteinander in einem mechanischen Eingriff befinden und/oder sich vermittels Magnetkräfte gegenseitig anziehen, ggf. unterstützt von der Schwerkraft des Shuttle-Bestückmoduls 100. Der mechanische Eingriff bzw. die magnetische Kopplung ist derart ausgestaltet, dass eine Bewegung des Fahrwerks 102 entlang der Führungsbahn 190 möglich ist und ein Entfernen des Fahrwerks 102 weg von der Führungsbahn 190 zumindest im normalen Betrieb des Shuttle-Bestückmoduls 100 verunmöglicht ist.
Das Fahrwerk 102 kann beispielsweise ein Schlitten sein. Die Führungsbahn 190 kann beispielsweise ein Schienensystem sein, welches aus einer Mehrzahl von geraden und/oder gekrümmten Schienenabschnitten gebildet ist.
An dem Fahrwerk 102 erstreckt sich nach oben eine vertikale Trägerstruktur 104, an welcher ein Montagekopf 150 oder zumindest eine Pinole 152 des Montagekopfes 150 entlang einer vertikalen z-Richtung verschiebbar angebracht ist. Ferner ist der Montagekopf 150 oder zumindest eine Pinole 152 des Montagekopfes 150 in Bezug auf das Fahrwerk 102 zumindest senkrecht zu der Führungsbahn 190 (entlang einer x- und/oder y-Richtung) verschiebbar.
Gemäß dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel weist das Shuttle-Bestückmodul 100 eine Antriebseinheit 106 auf. Die Antriebseinheit 106 sorgt bei einer geeigneten Ansteuerung dafür, dass sich das Shuttle-Bestückmodul 100 mit einer vorgegebenen Geschwindigkeit entlang der Führungsbahn 190 bewegt. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Antriebseinheit 106 der Läufer eines Linearmotors. Der Stator des Linearmotors befindet sich an und entlang der Führungsbahn 190.
Das hier dargestellte Shuttle-Bestückmodul 100 weist ferner einen elektrischen Energiespeicher 110 auf. Der Energiespeicher 110 ist eine wiederaufladbare Batterie bzw. ein Akku. In anderen Ausführungsformen weist der elektrische Energiespeicher 110 einen oder mehrere sogenannte Superkondensatoren auf.
Der elektrische Energiespeicher 110 kann, wie aus 1 ersichtlich, drahtlos von einer externen Ladeinfrastruktur 170 aufgeladen werden. Dazu weist die externe Ladeinfrastruktur 170 ein geeignetes und nicht näher dargestelltes externes Ladegerät auf. Für ein effektives Aufladen des elektrischen Energiespeichers 110 eignet sich insbesondere eine induktive Kopplung zwischen (i) einer nicht dargestellten Sendespule der externen Ladeinfrastruktur 170 und (ii) einer nicht dargestellten Empfangsspule, welche dem Shuttle-Bestückmodul 100 zugeordnet ist und welche mit dem Energiespeicher 110 elektrisch verbunden ist.
Ein Aufladen des Energiespeichers 110 ist immer dann möglich, wenn sich das Shuttle-Bestückmodul 100 in einem Wirkbereich der externen Ladeinfrastruktur 170 befindet. In diesem Zusammenhang ist bevorzugt die Ladestation der externen Ladeinfrastruktur 170 an einer bestimmten Position der Führungsbahn 190 angeordnet, so dass eine zuverlässige (induktive) Kopplung zum Aufladen gewährleistet ist. Selbstverständlich kann die externe Ladeinfrastruktur auch mehrere Ladestationen aufweisen, die entlang der Führungsbahnen 190 (verteilt) angeordnet sind. Wie bereits vorstehend beschrieben, kann das Aufladen des Energiespeichers 110 während eines vorrübergehenden Stopps des Shuttle-Bestückmoduls 100 erfolgen, beispielsweise dann, wenn während des üblichen Bestückbetriebs das Shuttle-Bestückmodul 100 ohnehin anhalten muss. In diesem Fall kann das Aufladen des Energiespeichers 100 zumindest annähernd zeitneutral erfolgen.
Wie ebenfalls vorstehend erwähnt, kann bei manchen Ausführungsformen der Energiespeicher 110 auch ohne ein Anhalten des Shuttle-Bestückmoduls 100 geladen werden. In diesem Fall muss die externe Ladestation der externen Ladeinfrastruktur 170 derart ausgebildet sein, dass das Aufladen des Energiespeichers 100 nicht nur in einer konkreten Position sondern entlang einer gewissen Wegstrecke entlang der Führungsbahn 190 möglich ist. Im Falle der bevorzugten induktiven Kopplung muss sich die Sendespule entlang dieser Wegstrecke erstrecken, wobei die Sendespule bevorzugt eine Vielzahl von Einzelspulen aufweisen kann.
Alternativ oder in Kombination zu der vorstehend beschriebenen drahtlosen Aufladung des Energiespeichers 100 vermittels der externen Ladeinfrastruktur 170 kann der Energiespeicher 100 auch von einem anderen hier nicht dargestellten Shuttle-Bestückmodul geladen werden, welches sich ebenfalls an der Führungsbahn 190 befindet. Zu diesem Zweck verfügen beide an dem entsprechenden Ladevorgang beteiligten Shuttle-Bestückmodule über eine inter-Shuttle Ladeschnittstelle 112, welche elektrisch mit dem jeweiligen Energiespeicher 100 verbunden ist. Die inter-Shuttle Ladeschnittstelle 112 des Shuttle-Bestückmoduls 100 kann dann, wenn sich die beiden beteiligten Shuttle-Bestückmodule entlang der Führungsbahn 190 nahe beieinander bzw. in geringen Abstand voneinander befinden (gemeinsam in Bewegung oder gemeinsam in Ruhe), mit einer (nicht dargestellten) komplementären inter-Shuttle Ladeschnittstelle des anderen Shuttle-Bestückmoduls eine elektrische Ladeverbindung herstellen. Bei manchen Ausführungsbeispielen kann über diese elektrische Ladeverbindung ein Ladestrom fließen. Die Stromrichtung dieses Ladestromes kann dann von dem Ladezustand der beiden Energiespeicher der beteiligten Shuttle-Bestückmodule abhängen, so dass der Ladestrom entweder in die eine Richtung von dem hier dargestellten Shuttle-Bestückmodul 100 zu dem hier nicht dargestellten anderen Shuttle-Bestückmodul oder in die andere Richtung von dem hier nicht dargestellten anderen Shuttle-Bestückmodul zu dem hier dargestellten Shuttle-Bestückmodul 100 fließt. Auf diese Weise kann mit ein intelligentes elektrisches Lademanagement zwischen allen Shuttle-Bestückmodulen realisiert werden, welche über eine solche inter-Shuttle Ladeschnittstelle 112 verfügen.
Wie aus 1 ersichtlich, weist der vorstehend erwähnte Montagekopf 150 eine Pinole 152 auf. Die Pinole 152 hat ein erstes Ende 152a und ein zweites Ende 152b. Das zweite Ende 152b ist derart ausgebildet, dass ein Sauggreifer zum temporären Halten eines Bauelements an dem zweiten Ende 152b anbringbar ist.
1 zeigt den Montagekopf 150 in einem Zustand, in dem ein solcher Sauggreifer an dem zweiten Ende 152b angebracht ist. Der Sauggreifer ist mit dem Bezugszeichen 154 versehen. Das Bauelement, welches gerade von dem Sauggreifer 154 gehalten wird, ist in 1 mit dem Bezugszeichen 195 versehen.
Der zum Halten des Bauelements 195 erforderliche Unterdruck wird erfindungsgemäß dezentral in bzw. an dem Shuttle-Bestückmodul 100 erzeugt. Zu diesem Zweck weist das Shuttle-Bestückmodul 100 ferner eine Unterdruck-Erzeugungseinrichtung 120 auf. Gemäß dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel weist die Unterdruck-Erzeugungseinrichtung 120 ein Pumpensystem mit zumindest einer Pumpe auf, die in 1 schematisch anhand ihres fluidmechanischen Symbols illustriert ist.
Gemäß dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Unterdruck-Erzeugungseinrichtung 120 bzw. dessen Pumpensystem strombetrieben und wird von dem Energiespeicher 100 mit elektrischer Leistung versorgt.
Wie aus 1 ersichtlich, weist die Unterdruck-Erzeugungseinrichtung 120 einen ausgangsseitigen pneumatischen Anschluss 120a auf, der über eine pneumatische Saugleitung 121 mit dem ersten Ende 152a der Pinole 152 verbunden ist. Der zum Halten eines Bauelements 195 erforderliche Unterdruck wird gemäß dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel also von der Unterdruck-Erzeugungseinrichtung 120 erzeugt und über (i) die pneumatische Saugleitung 121, (ii) den hohlen Innenraum der Pinole 152 und (iii) den Sauggreifer 154 an die obere Oberfläche des Bauelements 195 übertragen, so dass das Bauelement 195 an der vorderen (distalen und in 1 unteren) Stirnseite des Sauggreifers 154 gehalten wird.
Es wird darauf hingewiesen, dass sich beim Bestücken des Bauelements 195 auf einen hier nicht dargestellten Bauelementeträger das Bauelement 195 von dem Sauggreifer 154 lösen muss, so dass es an einer an dem Bauelementeträger befindlichen Lotpaste anhaftet. Zu diesem Zweck wird typischerweise zum Zeitpunkt des Aufsetzens des Bauelements 195 auf den Bauelementeträger der Unterdruck „abgeschaltet“. Dies kann mit zumindest einem (in 1 nicht dargestellten) schaltbaren Ventil erfolgen.
2 zeigt ein Shuttle-Bestückmodul 200 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Das Shuttle-Bestückmodul 200 unterscheidet sich von dem in 1 dargestellten Shuttle-Bestückmodul 100 dadurch, dass die Unterdruck-Erzeugungseinrichtung nicht mittels einer strombetriebenen Pumpe bzw. eines strombetriebenen Pumpensystems realisiert ist. Bei dem Shuttle-Bestückmodul 200 ist vielmehr die Unterdruck-Erzeugungseinrichtung mittels eines mit Unterdruck (oder ggf. auch mit Überdruck) beaufschlagbaren Druckbehälters 220 realisiert.
Wie aus 2 ersichtlich, weist der Druckbehälter 220 einen ausgangsseitigen pneumatischen Anschluss 220a und einen eingangsseitigen pneumatischen Anschluss 220b auf. Der ausgangsseitige pneumatische Anschluss 220a ist mit der bereits vorstehend anhand von 1 beschriebenen pneumatischen Saugleitung 121 verbunden, welche wie bei dem Shuttle-Bestückmodul 100 den Unterdruck an den Montagekopf 150 und genauer an die Pinole 152 bzw. an den Saugkanal des Sauggreifers 154 überträgt.
An dem eingangsseitigen pneumatischen Anschluss 220b ist eine Shuttle-seitige Druckschnittstelle ausgebildet, die in 2 schematisch dargestellt und mit dem Bezugszeichen 224 versehen ist. Die Shuttle-seitige Druckschnittstelle 224 kann, zumindest wenn sich das Shuttle-Bestückmodul 200 an zumindest einer vorbestimmten Position entlang der Führungsbahn 190 befindet, sich mit einer Druckgenerator-seitigen Druckschnittstelle 277 eines externen Druckgenerator-Systems 275 pneumatisch verbinden, so dass zwischen dem externen Druckgenerator-System 275 und dem Druckbehälter 220 eine pneumatische Verbindung gegeben ist. Über diese pneumatische Verbindung kann Druckluft in den Druckbehälter 220 strömen. Alternativ oder in Kombination kann über diese pneumatische Verbindung Luft aus dem Druckbehälter 220 herausgesaugt werden. Dabei ist es selbstverständlich, dass die Kombination von „Druckluft Einströmen“ und „Luft heraussaugen“ nur zeitlich versetzt erfolgen kann.
Der Druckbehälter 220 kann auch zwei in 2 nicht dargestellte pneumatisch voneinander entkoppelte Bereiche aufweisen, von denen einer mit Unterdruck beaufschlagt und der andere mit Überdruck beaufschlagt werden kann. Über die Saugleitung 121 kann dann, gesteuert durch geeignet geschaltete schaltbare Ventile (nicht dargestellt), je nach aktueller Anforderung entweder (i) ein Unterdruck an der Pinole 152 angelegt werden (zum Aufgreifen und Halten eines Bauelements 195) oder (ii) die Pinole 152 und damit auch ein Saugkanal des Sauggreifers 154 mit einem kurzzeitigen Überdruck beaufschlagt werden (zum Unterstützen des Transferierens des Bauelements 195 auf den zu bestückenden Bauelementeträger).
Alternativ oder in Kombination zu der vorstehend beschrieben pneumatischen Beaufschlagung des Druckbehälters 220 vermittels des externen Druckgenerator-Systems 275 kann der Druckbehälter 220 auch von einem anderen hier nicht dargestellten Shuttle-Bestückmodul (i) „pneumatisch beladen“, d. h. Luft wird in den Druckbehälter 220 hinein gepumpt, oder „pneumatisch entladen“ werden, d. h. Luft wird aus dem Druckbehälter 220 herausgesaugt. Zu diesem Zweck verfügen beide an dem entsprechenden pneumatischen Lade- bzw. Entladevorgang beteiligten Shuttle-Bestückmodule über eine eigene inter-Shuttle Pneumatikschnittstelle 222, welche (ebenfalls) pneumatisch mit dem Druckbehälter 220 verbunden ist.
Die inter-Shuttle Pneumatikschnittstelle 222 des Shuttle-Bestückmoduls 100 kann dann, wenn sich die beiden beteiligten Shuttle-Bestückmodule entlang der Führungsbahn 190 nahe beieinander befinden (gemeinsam in Bewegung oder gemeinsam in Ruhe), mit einer (nicht dargestellten) komplementären inter-Shuttle Pneumatikschnittstelle des anderen Shuttle-Bestückmoduls eine pneumatische Verbindung herstellen. Über diese pneumatische Verbindung kann Luft, abhängig von dem aktuellen Druckverhältnissen in den beiden Druckbehältern der beteiligten Shuttle-Bestückmodule, entweder in die eine Richtung oder in die andere Richtung strömen. Auf diese Weise kann (über geeignete schaltbare Ventile) ein intelligentes „pneumatisches Lademanagement“ zwischen allen Shuttle-Bestückmodulen realisiert werden, welche über eine solche inter-Shuttle Pneumatikschnittstelle 222 verfügen.
Es wird darauf hingewiesen, dass ein Shuttle-Bestückmodul als Unterdruck-Erzeugungseinrichtung sowohl das in 1 schematisch dargestellte Pumpensystem als auch den in 2 dargestellten Druckbehälter 220 aufweisen kann. Bei solchen Ausführungsformen kann der Druckbehälter 220 je nach Anwendungsfall von dem Pumpensystem mit Unterdruck oder mit Überdruck „beladen“ werden. Je nach Vorzeichen seiner Druckbeladung kann der Druckbehälter 220 dann entweder das Aufgreifen eines Bauelements von einer Bauelement-Zuführeinrichtung oder das Aufsetzen eines Bauelements auf einen Bauelementeträger unterstützen. Im Falle eines Druckbehälters mit zwei pneumatisch getrennten Bereichen kann ein erster Bereich mit einem Unterdruck das Halten und insbesondere das Aufgreifen eines Bauelements von einer Bauelement-Zuführvorrichtung unterstützen oder maßgeblich veranlassen. Ferner kann der zweite Bereich eines solchen zweiteiligen Druckbehälters das Transferieren eines Bauelements auf den zu bestückenden Bauelementeträger durch einen geeigneten Luftdruckpuls unterstützen oder maßgeblich veranlassen.
3 zeigt eine Unterdruck-Erzeugungseinrichtung 320 gemäß einem derzeit bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Die Unterdruck-Erzeugungseinrichtung 320 weist zwei Pumpen auf, eine erste Pumpe 330 und eine zweite Pumpe 340, welche im Betrieb für die Bauelement-Handhabung beim Bestücken eines Bauelementeträgers zusammenwirken.
Die erste Pumpe ist eine Membranpumpe 330 welche derart ausgelegt ist, dass sie einen zumindest annähernd kontinuierlichen oder quasikontinuierlichen Saugdruck erzeugt. Die zweite Pumpe 340 basiert auf dem Prinzip einer Hubkolbenpumpe und ist derart konfiguriert, das (kurzfristige) pneumatische Pulse erzeugt werden können, wobei die erzeugten Pulse sowohl Unterdruck-Pulse als auch Überdruck-Pulse umfassen. Die technischen Details der beiden Pumpen 330 und 340 werden nachstehend im Detail beschrieben. Zunächst sei die pneumatische Kopplung der beiden Pumpen 330 und 340 mit einer Pinole beschrieben, welche in 3 ebenfalls mit dem Bezugszeichen 152 versehen ist, bzw. mit einem Sauggreifer, welche in 3 ebenfalls mit dem Bezugszeichen 154 versehen ist.
Wie aus 3 ersichtlich, erfolgt in der Unterdruck-Erzeugungseinrichtung 320 eine pneumatische Kopplung der beiden Pumpen 330 und 340 mit der Pinole 152 über ein pneumatisches Leitungssystem 360, welches mehrere Leitungsabschnitte sowie mehrere Ventile aufweist. Konkret umfasst das pneumatische Leitungssystem 360 einen ersten Leitungsabschnitt 362, welcher einen Sauganschluss 330a der ersten Pumpe 330 mit einem Knotenpunkt 360a des pneumatischen Leitungssystems 360 verbindet. In dem ersten Leitungsabschnitt 362 ist ein erstes Ventil 363 angeordnet, welches in einem geschlossenen Zustand eine Strömung von Luft durch den ersten Leitungsabschnitt 362 unterbindet. Ferner umfasst das pneumatische Leitungssystem 360 einen zweiten Leitungsabschnitt 364, welcher einen ersten Pumpenanschluss 340a der zweiten Pumpe 340 mit dem Knotenpunkt 360a verbindet. In dem zweiten Leitungsabschnitt 364 ist ein zweites Ventil 365 angeordnet, welches in einem geschlossenen Zustand eine Strömung von Luft durch den zweiten Leitungsabschnitt 364 unterbindet. Darüber hinaus weist das pneumatische Leitungssystem 360 einen dritten Leitungsabschnitt 366 auf, welcher den Knotenpunkt 360a mit (dem ersten Ende 152a) der Pinole 152 verbindet.
Wie ferner aus 3 ersichtlich, weist die Unterdruck-Erzeugungseinrichtung 320 darüber hinaus ein drittes Ventil 369 auf, welches mit einem zweiten Pumpenanschluss 340b der zweiten Pumpe 340 verbunden ist. Wenn das dritte Ventil 369 geschlossen ist, dann ist sowohl ein Einströmen von Luft in die zweite Pumpe 340 hinein als auch ein Ausströmen von Luft aus der zweiten Pumpe 340 heraus unterbunden. Gemäß dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel ist das dritte Ventil 369 über einen kurzen Leitungsanschnitt 368 mit dem zweiten Pumpenanschluss 340b verbunden.
Die dargestellten Ventile 363, 365 und 369 sind allesamt von einer nicht dargestellten Pneumatik-Steuereinrichtung steuerbar. Die Ventile 363, 365 und 369 können schaltbare Ventile sein, welche von der Pneumatik-Steuereinrichtung diskret zwischen einem Öffnungszustand und einem Schließzustand geschalten werden können. Alternativ kann zumindest eines der Ventile 363, 365 und 369 ein kontinuierlich steuerbares Ventil sein, sodass von der Pneumatik-Steuereinrichtung ein Luftstrom durch den betreffenden Leitungsabschnitt 362, 364 bzw. 368 kontrolliert eingestellt werden kann.
Gemäß dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel ist die erste Pumpe 330 bzw. die Membranpumpe 330 eine sog. piezoelektrische Membranpumpe 330, welche ein Pumpengehäuse 332 mit einem innen liegenden Pumpenraum 334 aufweist. Eine Oberseite des Pumpenraums 334 ist von einem elastischen Membranelement 336 bedeckt, welches von einem piezoelektrischen Aktuator 338 sowohl nach oben als auch nach unten ausgelenkt werden kann. Durch ein Auslenken nach oben wird der Pumpenraum 334 vergrößert und es entsteht im Pumpenraum 334 ein gewisser Unterdruck. Durch ein Auslenken des Membranelements 336 nach unten wird der Pumpenraum 334 verkleinert und es entsteht im Pumpenraum 334 ein gewisser Überdruck. Die mit einer Oszillation des piezoelektrischen Aktuators 338 einhergehenden Druckänderungen werden in an sich bekannter Weise von zwei Ventilen 339 gleichgerichtet. Wie in 3 angedeutet, sind die beiden Ventile 339 so konfiguriert, dass sie einen Luftstrom (in 3) von links nach rechts unterbinden. Die von den beiden „pneumatischen Gleichrichterventilen“ 339 erlaubte Luft-Strömungsrichtung verläuft daher von dem bereits vorstehend erwähnten Sauganschluss 330a zu einen Luftauslass 330b. Im Ergebnis sorgt die Oszillation des Membranelements 336 also anhängig von der Frequenz des piezoelektrischen Aktuators 338 zu einem mehr oder wenig konstanten Unterdruck an dem Sauganschluss 330a. Die Amplitude der Auslenkung des Membranelements 336 bestimmt die Stärke des Unterdrucks.
Gemäß dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel weist die zweite Pumpe 340, die nach dem Prinzip einer Hubkolbenpumpe arbeitet und in diesem Dokument deshalb auch als Kolbenpumpe 340 bezeichnet wird, ein Pumpengehäuse 342 sowie einen darin ausgebildeten Pumpenraum 344 auf. Innerhalb des Pumpenraums 344 befindet sich ein Kolben 346, welcher entlang einer vertikalen Richtung, in 3 angedeutet durch einen Doppelpfeil, von einem in 3 nicht dargestellten Pumpenantrieb nach oben und nach unten bewegt werden kann. Bei einem Anheben des Kolbens 346 nach oben vergrößert sich der Pumpenraum 344 und es entsteht Pumpenraum 344 ein Unterdruck. Bei einem Absenken des Kolbens 346 nach unten verkleinert sich der Pumpenraum und es entsteht im Pumpenraum 344 ein Überdruck.
Im Folgenden werden die von den beiden Pumpen 330 und 340 sowie von den drei Ventilen 363, 365 und 369 erzeugten Druckverhältnisse in der Pinole 152 bzw. in dem Sauggreifer 154 beim Handhaben eines Bauelements beschrieben. Dieses Handhaben umfasst dabei, wie bereits vorstehend beschrieben, (i) ein Aufgreifen des Bauelements 195 von einer Bauelement-Zufuhreinrichtung, (ii) ein Halten des Bauelements 195 während eines Transports von der Bauelement-Zufuhreinrichtung zu einem Bestückbereich und (iii) ein Aufsetzen des Bauelements 195 auf einen zu bestückenden Bauelementeträger.
Im Ausgangszustand sind das erste Ventil 363 und das dritte Ventil 369 geschlossen und das zweite Ventil 365 ist geöffnet. Außerdem befindet sich der Kolben 346 in einer unteren Position und ist bereit angehoben zu werden. Um das Bauelement 195 mit dem Sauggreifer 154 aufzunehmen (ein vergleichsweise starkes Vakuum sollte erzeugt werden), wird durch Anheben des Kobens 346 (bei geöffnetem Ventil 365) der entsprechend vergleichsweise starke Unterdruck erzeugt.
Der Unterdruck muss während des gesamten Zeitraums aufrechterhalten werden, in dem das Bauelement 195 an die Bestückposition auf dem zu bestückenden Bauelementeträger transportiert wird. Dies wird erreicht, indem die Membranpumpe 330 als Kompensator für Druckverluste aufgrund von Leckage verwendet wird. Dazu muss das erste Ventil 363 geöffnet werden, bevor das zweite Ventil 365 geschlossen wird.
Durch ein Öffnen des dritten Ventils 369 kann der Kolben 346 in eine vorbestimmte Position zurückgesetzt werden, die so eingestellt ist, dass später noch genügend Druckluft zum pneumatischen Unterstützen des Ablösens des Bauelements 195 von dem Sauggreifer 154 mittels eines Druckluftpulses bereitgestellt werden kann. Nach dem Zurücksetzen des Kolbens 346 in seine Ausgangsposition wird das dritte Ventil 369 wieder geschlossen.
Wenn die Bestückposition erreicht ist, wird das erste Ventil 363 geschlossen und das zweite Ventil 365 wird geöffnet. Die Kolbenpumpe 340 unterstützt das Ablösen des Bauelements 195 durch ein Absenken des Kolbens 346.
Zusammenfassend gibt es also folgende Ventilstellungen:

(a) Bei Aufgreifen des Bauelements 195 sind das erste Ventil 363 und das dritte Ventil 369 geschlossen und das zweite Ventil 365 ist offen.
(b) Beim Transport des Bauelements 195 sind das erste Ventil 363 und das dritte Ventil 369 offen und das zweite Ventil 365 ist geschlossen.
(c) Beim Aufsetzen des Bauelements 195 auf den Bauelementeträger sind das erste Ventil 363 und das dritte Ventil 369 geschlossen und das zweite Ventil 365 ist offen.

4 zeigt ein Shuttle-Bestückmodul-Bestücksystem 480 mit einer Mehrzahl von Shuttle-Bestückmodulen 100, die allesamt konfiguriert sind, sich entlang einer Umlaufrichtung an und entlang einer Führungsbahn 190 zu bewegen. Dabei bewegen sich die Shuttle-Bestückmodule 100 von einem Bauelement-Aufnahmebereich 480a hin zu einem Bestückbereich 480b und, um einen kontinuierlichen Betrieb des Shuttle-Bestückmodul-Bestücksystems 480 zu gewährleisten, zurück zu dem Bauelement-Aufnahmebereich 480a.
Gemäß dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel umfasst das Shuttle-Bestückmodul-Bestücksystem 480 insgesamt acht Shuttle-Bestückmodule 100, die schematisch jeweils durch eine Ellipse illustriert sind. Die acht Shuttle-Bestückmodule 100 sind mit Ziffern 1 bis 8 individualisiert. Je nach Anforderung kann das Shuttle-Bestückmodul-Bestücksystem 480 natürlich auch eine andere Anzahl von Shuttle-Bestückmodulen 100 aufweisen.
In dem Bauelement-Aufnahmebereich 480a befindet sich ein Bauelement-Zufuhrsystem 482, welches mehrere Bauelement-Zuführeinrichtungen 483 umfasst. Von jeder der Bauelement-Zuführeinrichtungen 483 kann an einer jeweils vorbestimmten Bauelement-Abholposition ein bestimmter Typ von Bauelement 195 abgeholt werden.
Nach dem Abholen bzw. Aufgreifen eines Bauelements 195 oder ggf. auch einem Abholen bzw. Aufgreifen mehrerer Bauelemente 195 (bei einem Mehrfach-Montagekopf 150 mit mehreren Pinolen bzw. Sauggreifern) fährt das betreffende Shuttle-Bestückmodul 100 an der Führungsbahn 190 auf seinem Weg in den Bestückbereich 480b an einer Bauelement-Kamera 484 vorbei, mit der das von dem betreffenden in 4 nicht dargestellten Sauggreifer gehaltene Bauelement 195 von unten optisch erfasst wird. Dabei wird in an sich bekannter Weise die genaue räumliche Lage des zumindest einen gehaltenen Bauelements 195 bestimmt. Lageabweichungen von einer exakt mittigen Aufnahmeposition können dann beim späteren Bestücken eines Bauelementeträger 497 mit dem betreffenden Bauelement 195 in dem Bestückbereich 480b (i) durch eine geeignete Positionierung des Shuttle-Bestückmoduls 100 entlang der Führungsbahn 190 und/oder (ii) durch eine geeignete Ansteuerung einer Positionierung des in 4 ebenfalls nicht dargestellten Montagekopfes bzw. dessen Pinole senkrecht zu der Führungsbahn 190 kompensiert werden. Ferner können in an sich bekannter Weise Winkelabweichungen des aufgenommenen Bauelements mittels einer kontrollierten Drehung des betreffenden Sauggreifers kompensiert werden.
Nach einem erfolgreichen Bestücken des (zumindest einen) Bauelements 195 fährt das betreffende Shuttle-Bestückmodul 100 auf seinem Weg zurück zu dem Bauelement-Aufnahmebereich 480a an einer Sauggreifer-Austauscheinrichtung 485 vorbei. Sofern der (zumindest eine) Sauggreifer durch den bisherigen Betrieb verschlissen ist, kann mit der Sauggreifer-Austauscheinrichtung 485 (von Fachleuten auch als Pipetten-Wechsler bezeichnet) der verschlissene Sauggreifer durch einen neuen oder zumindest weniger verschlissenen Sauggreifer ersetzt werden. Auch kann mit der Sauggreifer-Austauscheinrichtung 485 bei Bedarf ein Sauggreifer gegen einen anderen Sauggreifer eines anderen Typs ausgetauscht werden.
Gemäß dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel weist das Shuttle-Bestückmodul-Bestücksystem 480 ferner eine weitere Führungsbahn 492 auf. Die weitere Führungsbahn 492 ist über zwei schaltbare Weichenelemente 493 mit der Führungsbahn 190 verbunden. Durch eine geeignete Weichenstellung kann ein Shuttle-Bestückmodul 100 von der Führungsbahn 190 auf automatische Weise an die weitere Führungsbahn 492 transferiert werden. In 4 wurde das mit der laufenden Nummer 8 individualisierte Shuttle-Bestückmodul 100 auf die weitere Führungsbahn 492 transferiert. Ebenso kann bei einer geeigneten Weichenstellung auf automatische Weise ein Shuttle-Bestückmodul 100 von der weiteren Führungsbahn 492 zurück zu der Führungsbahn 190 transferiert werden.
Wie aus 4 ersichtlich, hat gemäß dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel die weitere Führungsbahn 492 eine geschlossene Struktur und stellt damit eine in sich geschlossene Führungsbahn 190 dar. Wie bereits vorstehend erwähnt, kann die weitere Führungsbahn aber auch eine offene Führungsbahn sein, die eine Art „Sackgasse“ bildet. Dies bedeutet, dass ein Shuttle-Bestückmodul 100 nach einem einen Transfer von der Führungsbahn entlang einer Einfahrrichtung an bzw. in die weitere Führungsbahn für einen Transfer zurück an die Führungsbahn entlang einer zu der Einfahrrichtung umgekehrten Ausfahrrichtung bewegt werden muss.
Durch ein (vorübergehendes) Transferieren eines Shuttle-Bestückmoduls 100 an die weitere Führungsbahn 492 kann beispielhaft Folgendes erreicht werden:

(A) An der weiteren Führungsbahn 492 können in einem aktuellen Betriebsmodus nicht benötigte Shuttle-Bestückmodule 100 „geparkt“ werden. Dadurch müssen die aktuell nicht benötigten Shuttle-Bestückmodule 100 nicht mehr unnötigerweise zusammen mit den anderen aktiven Shuttle-Bestückmodulen 100 entlang der geschlossenen Führungsbahn 190 mitbewegt werden. Damit kann die Effizienz bzw. die Bestückleistung des Shuttle-Bestückmodul-Bestücksystems 480 in einem solchen Betriebsmodus erhöht werden.
(B) Ein „Hin- und Her-Transferieren“ von zumindest einem Shuttle-Bestückmodul 100 kann dazu verwendet werden, um bei Bedarf die Reihenfolge der sich an und entlang der Führungsbahn 190 bewegenden Shuttle-Bestückmodule 100 zu ändern.
(C) An der weiteren Führungsbahn kann ein Shuttle-Bestückmodul 100 beispielsweise im Rahmen einer (routinemäßigen) Inspektion oder beim Auftreten eines Fehlers gewartet werden. Außerdem kann, ohne den Bestückbetrieb zu unterbrechen, ein bestimmtes Shuttle-Bestückmodul 100 von dem Shuttle-Bestückmodul-Bestücksystem 480 entfernt oder gegen ein anderes Shuttle-Bestückmodul 100 ausgetauscht werden.
(D) Im Falle eines Shuttle-Bestückmoduls 100, welches einen Druckbehälter 220 aufweist (vgl. das in 2 dargestellte Shuttle-Bestückmodul 200), kann von einem externen Druckgenerator-System, welches im Bereich der weiteren Führungsbahn 492 angeordnet ist, wie vorstehend erwähnt, eine „Druckbetankung“ vorgenommen werden. Bei einem zweiteiligen Druckbehälter mit zwei pneumatisch getrennten Bereichen kann ein erster Bereich mit einem Unterdruck und der zweite Bereich mit einem Überdruck beaufschlagt werden. Im Falle der Existenz einer vorstehend beschriebenen inter-Shuttle Pneumatikschnittstelle kann nach einem Rücktransfer eines pneumatisch „betankten“ Shuttle-Bestückmoduls 100 an die Führungsbahn 190 eine pneumatische „Sekundärbetankung“ eines anderen Shuttle-Bestückmoduls 100 vorgenommen werden, sofern dieses andere Shuttle-Bestückmodul 100 ebenfalls eine geeignete inter-Shuttle Pneumatikschnittstelle aufweist.
(E) Ferner kann bei einem Shuttle-Bestückmodul 100 mit einem vorstehend beschriebenen elektrischen Energiespeicher 110 (vgl. das in 1 dargestellte Shuttle-Bestückmodul 100) mittels einer externen Ladeinfrastruktur, welche im Bereich der weiteren Führungsbahn 492 angeordnet ist, eine elektrische Aufladung des Energiespeichers 110 vorgenommen werden. Da ein sich an der weiteren Führungsbahn 492 befindliches Shuttle-Bestückmodul 100 nicht an dem Bestückbetrieb teilnimmt, besteht bei der elektrischen Aufladung des Energiespeichers 110 typischerweise kein Zeitdruck und die Aufladung kann auf vorteilhafter Weise sanft, d. h. mit einem vergleichsweise geringen Ladestrom durchgeführt werden. Ein an der weiteren Führungsbahn 492 aufgeladenes Shuttle-Bestückmodul 100 kann seine aufgeladene Energie in einem späteren Bestückbetrieb selbst verbrauchen. Optional kann ein Teil der aufgeladenen Energie über vorstehend beschriebene inter-Shuttle Ladeschnittstellen an zumindest ein anderes Shuttle-Bestückmodul 100 abgeben. Dies kann entweder an der weiteren Führungsbahn 492 oder (bevorzugt) an der Führungsbahn 190 erfolgen.

Es ist auch möglich zumindest ein Shuttle-Bestückmodul mit einem besonders großen elektrischen Energiespeicher auszustatten und dieses Shuttle-Bestückmodul dann als eine Art Energie-Transfermodul zu verwenden. Ein solches Energie-Transfermodul kann dann als ausgewähltes Shuttle-Bestückmodul bevorzugt oder ausschließlich an der weiteren Führungsbahn 492 aufgeladen werden und später an der Führungsbahn 190 einen Teil der aufgeladenen elektrischen Energie auf zumindest ein „normales“ Shuttle-Bestückmodul übertragen.
Es wird angemerkt, dass der Begriff „aufweisen“ nicht andere Elemente ausschließt und dass das „ein“ nicht eine Mehrzahl ausschließt. Auch können Elemente, die in Zusammenhang mit unterschiedlichen Ausführungsbeispielen beschrieben sind, kombiniert werden. Es sollte auch angemerkt werden, dass Bezugszeichen in den Ansprüchen nicht als den Schutzbereich der Ansprüche beschränkend ausgelegt werden sollen.
BEZUGSZEICHEN:

100: Shuttle-Bestückmodul
102: Fahrwerk
104: vertikale Trägerstruktur (mit Schiene)
106: Antriebseinheit / Läufer von Linearmotor
110: Energiespeicher
112: inter-Shuttle Ladeschnittstelle
120: Unterdruck-Erzeugungseinrichtung
120a: ausgangsseitiger pneumatischer Anschluss
121: pneumatische Saugleitung
150: Montagekopf
152: Pinole
152a: erstes Ende
152b: zweites Ende
154: Sauggreifer
170: externe Ladeinfrastruktur
190: Führungsbahn
195: Bauelement
200: Shuttle-Bestückmodul
220: Druckbehälter
220a: ausgangsseitigen pneumatischer Anschluss
220b: eingangsseitigen pneumatischer Anschluss
222: inter-Shuttle Pneumatikschnittstelle
224: Shuttle-seitige Druckschnittstelle
275: externes Druckgenerator-System
277: Druckgenerator-seitige Druckschnittstelle
320: Unterdruck-Erzeugungseinrichtung
330: erste Pumpe / Membranpumpe
330a: Sauganschluss
330b: Luftauslass
332: Pumpengehäuse
334: Pumpenraum
336: Membranelement
338: piezoelektrischen Aktuator
339: Ventile / pneumatische Gleichrichterventile
340: zweite Pumpe
340a: ersten Pumpenanschluss
340b: zweiter Pumpenanschluss
342: Pumpengehäuse
344: Pumpenraum
346: Kolben
360: pneumatisches Leitungssystem
360a: Knotenpunkt
362: erster Leitungsabschnitt
363: erstes Ventil
364: zweiter Leitungsabschnitt
365: zweites Ventil
366: dritter Leitungsabschnitt
368: kurzer Leitungsabschnitt
369: drittes Ventil
480: Shuttle-Bestückmodul-Bestücksystem
480a: Bauelement-Aufnahmebereich
480b: Bestückbereich
482: Bauelement-Zuführsystem
483: Bauelement-Zuführeinrichtung
484: Bauelemente-Kamera
485: Sauggreifer-Austauscheinrichtung
492: weitere Führungsbahn
493: schaltbares Weichenelement
497: Bauelementeträger

Claims

Shuttle-Bestückmodul (100, 200) zum automatischen Bestücken von Bauelementeträgern (497) mit Bauelementen (195), das Shuttle-Bestückmodul (100, 200) aufweisend ein Fahrwerk (102), welches konfiguriert ist, sich an und entlang einer Führungsbahn (190) zu bewegen; eine Unterdruck-Erzeugungseinrichtung (120, 220), welche an dem Fahrwerk (102) angebracht ist; und einen Montagekopf (150), welcher an dem Fahrwerk (102) angebracht ist und welcher zumindest eine Pinole (152) mit einem ersten Ende (152a) und einem zweiten Ende (152b) aufweist, wobei das erste Ende (152a) mit der Unterdruck-Erzeugungseinrichtung (120, 220) pneumatisch gekoppelt ist und das zweite Ende (152b) derart ausgebildet ist, dass ein Sauggreifer (154) zum temporären Halten eines Bauelements (195) an dem zweiten Ende (152b) anbringbar ist; wobei (A) die Unterdruck-Erzeugungseinrichtung (120) aufweist eine erste Pumpe (330) zum Erzeugen eines zumindest annähernd kontinuierlichen Saugdrucks in der Pinole (152) und eine zweite Pumpe (340) zum Erzeugen von pneumatischen Pulsen in der Pinole (152), wobei die pneumatischen Pulse sowohl Unterdruck-Pulse als auch Überdruck-Pulse umfassen oder wobei (B) das Shuttle-Bestückmodul (100) ferner aufweist einen Energiespeicher (110), welcher den Montagekopf (150) und/oder die Unterdruck-Erzeugungseinrichtung (120) mit elektrischer Energie versorgt und welcher mittels einer an der Führungsbahn (190) angeordneten Ladeinfrastruktur (170) aufladbar ist.
Shuttle-Bestückmodul (100) gemäß dem vorangehenden Anspruch, wobei die erste Pumpe eine Membranpumpe (330) aufweist.
Shuttle-Bestückmodul (100) gemäß dem vorangehenden Anspruch, wobei die Membranpumpe (330) ein Membranelement (336) und einen piezoelektrischen Aktuator (338) zum Auslenken des Membranelements (336) aufweist.
Shuttle-Bestückmodul (100) gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die zweite Pumpe (340) einen Pumpenraum (344) sowie innerhalb des Pumpenraums (344) einen verschiebbar gelagerten und antreibbaren Kolben (346) aufweist.
Shuttle-Bestückmodul gemäß dem vorangehenden Anspruch, wobei die zweite Pumpe ferner weiteren Pumpenraum sowie innerhalb des weiteren Pumpenraums einen verschiebbar gelagerten und antreibbaren weiteren Kolben aufweist.
Shuttle-Bestückmodul (100) gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, ferner aufweisend ein pneumatisches Leitungssystem (360), über welches das erste Ende (152a) der Pinole (152) mit der ersten Pumpe (330) und mit der zweiten Pumpe (340) pneumatisch koppelbar ist.
Shuttle-Bestückmodul (100) gemäß dem vorangehenden Anspruch, (a) wobei das pneumatische Leitungssystem (360) drei Leitungsabschnitte (362, 364, 366) und einen Knotenpunkt (360a) aufweist, an welchem die drei Leitungsabschnitte (362, 364, 366) zusammentreffen, wobei ein erster Leitungsabschnitt (362) die erste Pumpe (330) mit dem Knotenpunkt (360a) verbindet, ein zweiter Leitungsabschnitt (364) die zweite Pumpe (340) mit dem Knotenpunkt (360a) verbindet und der dritte Leitungsabschnitt (366) die Pinole (352) mit dem Knotenpunkt (360a) verbindet, und (b) wobei das pneumatische Leitungssystem (360) ferner zwei Ventile (363, 365) aufweist, wobei ein erstes Ventil (363) in dem ersten Leitungsabschnitt (362) angeordnet ist und das zweite Ventil (365) in dem zweiten Leitungsabschnitt (364) angeordnet ist.
Shuttle-Bestückmodul (100) gemäß dem vorangehenden Anspruch, ferner aufweisend ein drittes Ventil (369), welches pneumatisch zwischen dem Pumpenraum (344) der zweiten Pumpe (340) und einer Umgebung der Unterdruck-Erzeugungseinrichtung (120) angeordnet ist.
Shuttle-Bestückmodul (200) gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Unterdruck-Erzeugungseinrichtung einen Druckbehälter (220) mit einem eingangsseitigen Anschluss (220b) und einem ausgangsseitigen Anschluss (220a) aufweist, wobei der ausgangsseitige Anschluss (220a) direkt oder indirekt mit der Pinole (152) pneumatisch koppelbar ist.
Shuttle-Bestückmodul (200) gemäß dem vorangehenden Anspruch, wobei der eingangsseitige Anschluss (220b) derart konfiguriert ist, dass der Druckbehälter (220) mit einem externen Druckgenerator-System (275) pneumatisch koppelbar ist.
Shuttle-Bestückmodul (200) gemäß einem der beiden vorangehenden Ansprüche, wobei der eingangsseitige Anschluss (220b) oder ein weiterer eingangsseitiger Anschluss des Druckbehälters (220) mit der zweiten Pumpe (340) pneumatisch koppelbar ist.
Shuttle-Bestückmodul (200) gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, ferner aufweisend eine inter-Shuttle Pneumatikschnittstelle (222), welche konfiguriert ist, mit einer weiteren inter-Shuttle Pneumatikschnittstelle eines weiteren Shuttle-Bestückmoduls pneumatisch zu koppeln, so dass ein Unterdruck und/oder ein Überdruck von dem Shuttle-Bestückmodul (200) zu dem weiteren Shuttle-Bestückmodul transferierbar ist.
Shuttle-Bestückmodul (100) gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Energiespeicher eine wiederaufladbare Batterie (110) und/oder einen Superkondensator aufweist.
Shuttle-Bestückmodul (100) gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, ferner aufweisend eine Ladestation-Ladeschnittstelle, welche mit dem Energiespeicher (110) elektrisch gekoppelt ist und weiche mit einer externen Ladestation der Ladeinfrastruktur (170) zum Aufladen des Energiespeichers (110) koppelbar ist.
Shuttle-Bestückmodul (100) gemäß dem vorangehenden Anspruch, wobei die Ladestation-Ladeschnittstelle derart konfiguriert ist, dass das Aufladen des Energiespeichers (110) drahtlos induktiv und/oder kapazitiv und/oder drahtgebunden über eine elektrische Kontaktierung erfolgt.
Shuttle-Bestückmodul (100) gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, ferner aufweisend eine inter-Shuttle Ladeschnittstelle (112), welche konfiguriert ist, mit einer weiteren inter-Shuttle Ladeschnittstelle eines weiteren Shuttle-Bestückmoduls elektrisch zu koppeln, so dass elektrische Energie von dem Shuttle-Bestückmodul (100) zu dem weiteren Shuttle-Bestückmodul transferierbar ist.
Shuttle-Bestückmodul (100) gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, ferner aufweisend eine Antriebseinheit (106) für das Fahrwerk (102), welche konfiguriert ist, das Shuttle-Bestückmodul (100) entlang der Führungsbahn (190) zu bewegen.
Shuttle-Bestückmodul (100) gemäß dem vorangehenden Anspruch, wobei die Antriebseinheit eine bewegliche Komponente (106) eines Linearmotors ist und eine stationäre Komponente des Linearmotors sich entlang der Führungsbahn (190) erstreckt.
Shuttle-Bestückmodul (100) gemäß dem vorangehenden Anspruch 18, wobei die bewegliche Komponente (106) des Linearmotors Permanentmagnete aufweist.
Shuttle-Bestückmodul gemäß dem vorangehenden Anspruch 18, wobei die bewegliche Komponente des Linearmotors Elektromagnete aufweist.
Shuttle-Bestückmodul-Bestücksystem (480) zum Bestücken von Bauelementeträgern (497) mit Bauelementen (195), das Shuttle-Bestückmodul-Bestücksystem (480) aufweisend eine Führungsbahn (190) und zumindest ein Shuttle-Bestückmodul (100, 200), insbesondere ein Shuttle-Bestückmodul (100, 200) gemäß einem der vorangehenden Ansprüche 2 bis 20, wobei das Shuttle-Bestückmodul (100, 200) aufweist ein Fahrwerk (102), welches konfiguriert ist, sich an und entlang einer Führungsbahn (190) zu bewegen; eine Unterdruck-Erzeugungseinrichtung (120, 220), welche an dem Fahrwerk (102) angebracht ist; und einen Montagekopf (150), welcher an dem Fahrwerk (102) angebracht ist und welcher zumindest eine Pinole (152) mit einem ersten Ende (152a) und einem zweiten Ende (152b) aufweist, wobei das erste Ende (152a) mit der Unterdruck-Erzeugungseinrichtung (120, 220) pneumatisch gekoppelt ist und das zweite Ende (152b) derart ausgebildet ist, dass ein Sauggreifer (154) zum temporären Halten eines Bauelements (195) an dem zweiten Ende (152b) anbringbar ist; wobei das Shuttle-Bestückmodul-Bestücksystem (480) ferner aufweist eine weitere Führungsbahn (492), welche derart ausgebildet ist, dass das Fahrwerk auch entlang der weiteren Führungsbahn (492) bewegbar ist; und zumindest ein schaltbares Weichenelement (493), über welches die weitere Führungsbahn (492) mit der Führungsbahn (190) verbunden ist.
Shuttle-Bestückmodul-Bestücksystem (480) gemäß dem vorangehenden Anspruch, wobei die Führungsbahn eine umlaufende Führungsbahn (190) ist, welche sich zwischen einem Bauelement-Aufnahmebereich (480a) und einem Bestückbereich (480b) des Shuttle-Bestückmodul-Bestücksystems (480) erstreckt.
Verfahren zum automatischen Bestücken von Bauelementeträgern (497) mit Bauelementen (195) unter Verwendung eines Shuttle-Bestückmodul-Bestücksystems (480) gemäß einem der vorangehenden Ansprüche 21 bis 22, das Verfahren aufweisend Aufnehmen eines Bauelements (195) von einem Bauelement-Zuführsystem (482), welches sich in einem Bauelement-Aufnahmebereich (480a) des Shuttle-Bestückmodul-Bestücksystems (480) befindet, mittels des Montagekopfes (150) unter Verwendung der an dem Fahrwerk (102) angebrachten Unterdruck-Erzeugungseinrichtung (120, 220); Bewegen des Shuttle-Bestückmoduls (100, 200) entlang der Führungsbahn (190) von dem Bauelement-Aufnahmebereich (480a) hin zu einem Bestückbereich (480b) des Shuttle-Bestückmodul-Bestücksystems (480); und Aufsetzen des aufgenommenen Bauelements (195) auf einen Bauelementeträger (497), welcher in dem Bestückbereich (480b) bereitgestellt ist.