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Title:
DETECTING PROCESS PARAMETERS OF AN ASSEMBLY LINE
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2021/037418
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a device (100) which is designed for detecting process parameters during a pass through an assembly line (500) for assembling electronic components and/or for applying joining materials. In order to facilitate the detection of process parameters over an entire assembly line, the device has a carrier (120) designed to be conveyed by a conveyor system (560) of the assembly line (500) and to hold a test plate (110), and at least one sensor (F, E, A, T) for measuring at least one process parameter during the pass. The invention further relates to a system consisting of a device (100) and a test plate (110).

Inventors:
HANISCH MICHAEL (DE)
JARCHOFF KAY (DE)
MASSIERER JONAS (DE)
MATIWE MARCO (DE)
SCHUBERT JÖRG (DE)
SOMMERFELD DENNIS (DE)
WITTREICH ULRICH (DE)
WORMUTH DIRK (DE)
Application Number:
EP2020/067977
Publication Date:
March 04, 2021
Filing Date:
June 26, 2020
Export Citation:
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Assignee:
SIEMENS AG (DE)
International Classes:
H01L21/67; B23K1/008; B23K3/047; B23K3/08; F27B9/40; G01K3/04; G01K7/42; B23K1/00; F27D19/00
Foreign References:
DE102015203680A12016-09-08
DE102012217288A12014-03-27
DE102009003023A12010-11-18
EP2520393A12012-11-07
DE4330467C11994-09-08
US4180199A1979-12-25
JP2004179461A2004-06-24
JP2011079055A2011-04-21
DE102013211834A12014-12-24
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Claims:
Patentansprüche

1. Vorrichtung (100) zur Erfassung von Prozessparametern während eines Durchlaufs einer Montagelinie (500) zur Montage von elektronischen Bauteilen und/oder zum Auftrag von Fügema terialien aufweisend: einen Träger (120), der zur Beförderung mit einem Fördersys tem (560) der Montagelinie (500) und zur Aufnahme einer Test platte (110) ausgebildet ist, und zumindest einen Sensor (F, E, A, T) zur Messung zumindest ei nes Prozessparameters während des Durchlaufs, aufweisend ein oder mehrere Kraftsensoren (F), die so ange ordnet sind, dass eine Kraft und/oder Kraftverteilung erfass bar ist, die während des Durchlaufs auf die Testplatte (110) wirkt.

2. Vorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprü che, aufweisend einen Klimasensor (E), der zur Erfassung von Temperatur und/oder Luftfeuchtigkeit ausgebildet ist.

3. Vorrichtung (100) nach einem der Ansprüche, aufweisend einen Beschleunigungssensor (A), der zur Erfassung der Be schleunigung der Vorrichtung (100) ausgebildet ist, die wäh rend eines Durchlaufs der Montagelinie (500) auf die Vorrich tung (100) wirkt.

4. Vorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprü che, aufweisend einen optischen Sensor (CAM), der so angeord net ist, dass er einen Fügematerialauftrag von unterhalb ei ner Abdeckung und/oder der Testplatte (110) erfassen kann.

5. Vorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprü che, aufweisend Fiducial- und/oder Passermarken (M).

6. Vorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprü che, aufweisend zumindest eine Identifikationsmarkierung (QR)· 7. Vorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprü che, aufweisend zumindest ein Temperatursensor (T).

8. Vorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprü che, aufweisend eine Kommunikationsschnittstelle (COM).

9. Vorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprü che, aufweisend eine Energieversorgungseinrichtung (EV).

10. Vorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprü che, aufweisend einen Datenspeicher und/oder eine Auswer teeinheit.

11. System aus einer Vorrichtung (100) gemäß einem der vor hergehenden Ansprüche und einer Testplatte (110).

12. System nach Anspruch 11, wobei die Testplatte (110) eine Leiterplatte ist.

13. System nach Anspruch 12, wobei die Testplatte (110) eine berührungsempfindliche Oberfläche aufweist.

14. System nach einem der Ansprüche 12 bis 13, wobei die Testplatte (110) Teststellen aufweist, die so ausgebildet sind, dass ein qualitativ minderwertiger Lotpastenauftrag entsteht und/oder simuliert wird.

Description:
Beschreibung

Erfassung von Prozessparametern einer Montagelinie

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erfassung von Prozessparametern während eines Durchlaufs einer Montageli nie. Die Erfindung betrifft weiterhin ein System aus einer Vorrichtung und einer Testplatte. Die Montagelinie ist dabei zur Montage von elektronischen Bauteilen und/oder zum Auf bringen von Fügematerialien ausgebildet und kommt bei der Fertigung von elektronischen Produkten, insbesondere unter Einsatz von SMD-Bauteilen zum Einsatz. Als Fügematerialien sind dabei beispielsweise Lot-/ Sinterpasten oder Kleber im Einsatz. Bisher werden lediglich einzelne Geräte getestet.

Das Testen einzelner Geräte hat dabei nur wenig Aussagekraft bezüglich des Zusammenspiels der gesamten Montagelinie.

Es ist Aufgabe der Erfindung, die Erfassung von Prozesspara metern über eine gesamte Montagelinie hinweg zu ermöglichen.

Zur Lösung der Aufgabe wird eine Vorrichtung zur Erfassung von Prozessparametern während eines Durchlaufs einer Montage linie vorgeschlagen. Die Vorrichtung weist dazu einen Träger auf, der zur Beförderung mit einem Fördersystem der Montage linie und zur Aufnahme einer Testplatte ausgebildet ist. Die Vorrichtung weist weiterhin zumindest einen Sensor zur Mes sung zumindest eines Prozessparameters während des Durchlaufs auf. Das Fördersystem erstreckt sich durch die ganze Montage linie und so kann die Vorrichtung wie ein reales Produkt die Montagelinie durchlaufen und dabei kontinuierlich entspre chende prozessrelevante Kenndaten erfassen und aufzeichnen. Der große Vorteil liegt darin, dass unter Fertigungs- Bedingungen Parameter erfasst werden können. In einem weite ren Schritt können Parameter der Montagelinie angepasst wer den, um einen erheblichen Einfluss auf die Qualität der Mon tagelinie bzw. der Endprodukte zu erwirken. Vorzugsweise kommt eine solche Vorrichtung bei einer SMD- Montagelinie zum Einsatz und kann dabei beispielsweise zur Ermittlung von Beschleunigungen und/oder Vibrationen der Transportmodule verwendet werden. Weiterhin kann beim Schab lonendruck eine Kraftverteilung während des Rakelvorgangs, das Klima, also Temperatur- und/oder Luftfeuchtigkeit in der Vorrichtung, die Temperatur des gedruckten Mediums und die Positioniergenauigkeit der Schablone erfasst werden. Bei Be stückautomaten können ebenso die Beschleunigungen und Vibra tionen erfasst werden sowie die Bestückkräfte, die auf die Testplatte bzw. weitere Bauelemente wirken. Hier kann für verschiedene Pipetten bzw. Bestückköpfe jeweils ein Programm durchgetestet werden. Auch die Positioniergenauigkeit bzw. die tatsächliche Positionierung der Bauteile, die auf der Testplatte positioniert werden, kann beurteilt werden. Für Dispensautomaten oder sogenannte Dispenser können Beschleuni gung und/oder Vibrationen erfasst werden, die Temperatur des dispensten Mediums, das Klima (Temperatur- und/oder Luft feuchtigkeit in der Vorrichtung) im Dispenser und die Positi oniergenauigkeit des Dispensers.

In einer weiteren Ausführungsform weist die Vorrichtung ein oder mehrere Kraftsensoren auf, die so angeordnet sind, dass eine Kraft und/oder Kraftverteilung erfassbar ist, die wäh rend des Durchlaufs auf die Testplatte wirkt. Insbesondere die Kraftverteilung eines Rakels beim Schablonendruck von beispielsweise Lotpaste ist hier von Interesse. Es kann wei terhin von Interesse sein, Kraftspitzen an einzelnen Stellen zu erkennen und ggf. Beschädigungen an der zu bestückenden Leiterplatte bzw. an Bauteilen zu verhindern.

In einer weiteren Ausführungsform weist die Vorrichtung einen Sensor zur Erfassung von Temperatur- und/oder Luftfeuchtig keit auf. Dieser ist zur Erfassung von Temperatur- und/oder Luftfeuchtigkeit ausgebildet. Der Klimasensor kann weiterhin zur Erfassung von Stäuben bzw. Feinstäuben ausgebildet sein, um zu ermitteln, ob eine unzulässige Belastung mit solchen Stäuben vorliegt und um ggf. die Quellen der Verunreinigungen ermitteln zu können.

In einer weiteren Ausführungsform weist die Vorrichtung einen Beschleunigungssensor zur Erfassung der Beschleunigung der Vorrichtung auf. Die Beschleunigungen, die während eines Durchlaufs der Montagelinie auf die Vorrichtung einwirken, entsprechenden den Beschleunigungen, die auch auf eine reale Leiterplatte einwirken, während sie den Prozess durchläuft. Hier können beispielsweise Abschnitte mit zu hoher Beschleu nigung identifiziert werden, um ggf. ein Verrutschen von Bau elementen zu verhindern oder Abschnitte mit zu langsamer Be schleunigung verbessert werden, um eine Optimierung der Durchlaufzeit zu erreichen.

In einer weiteren Ausführungsform weist die Vorrichtung einen optischen Sensor auf. Der optische Sensor ist dabei so ange ordnet, dass er einen Fügematerialauftrag von unterhalb einer Abdeckung und/oder der Testplatte erfassen kann. Dazu kann es zweckmäßig sein, dass zumindest ein Teil der Abdeckung bzw. der Testplatte transparent ausgestaltet ist, sodass der Füge materialauftrag von unten begutachtet werden kann. Dies hat den großen Vorteil, dass der Fügematerialauftrag auf eine Oberfläche, die sonst von der Lotpaste selbst verdeckt ist, begutachtet werden kann. Der optische Sensor kann dabei als eine Kamera ausgebildet sein, die z. B. einen Offset des dis- pensten Materials bzw. einer Nadelspitze eines Dispenssystems ermitteln kann.

In einer weiteren Ausführungsform weist die Vorrichtung Fidu- cial und/oder Passermarken auf. Solche Marken dienen der Er kennung der Ausrichtung der Vorrichtung und sind üblicher weise auf Leiterplatten aufgebracht, damit diese in der kor rekten Ausrichtung den Prozess durchlaufen können. Insbeson dere zur genauen Positionierung von Bauteilen, die in Relati on zu mehreren Marken positioniert werden, kommen solche Mar ken zum Einsatz. So kann auch auf der Vorrichtung eine hohe Positioniergenauigkeit erreicht und getestet werden. In einer weiteren Ausführungsform weist die Vorrichtung zu mindest eine Identifikationsmarkierung auf. Eine Solche Iden tifikationsvorrichtung kann beispielsweise als maschinenles barer Code, z. B. ein Barcode oder ein QR-Code, ausgestaltet sein. Die Vorrichtung kann so immer eindeutig identifiziert werden und es kann so eine eindeutige Identifikation in den erfassten Prozessparametern hinterlegt werden, um eine späte re Auswertung zu erleichtern.

Eine weitere Ausführungsform der Vorrichtung weist einen Tem peratursensor, insbesondere ein Oberflächenthermoelement auf. Das Oberflächenthermoelement kann dabei dazu verwendet wer den, Pasten oder andere Materialien direkt auf die Oberfläche des Thermoelements zu positionieren und die Temperatur des Mediums direkt bei Kontakt mit der Oberfläche zu erfassen.

In einer weiteren Ausführungsform weist die Vorrichtung eine Kommunikationsschnittstelle auf. Diese kann als drahtgebunde ne Kommunikationsschnittstelle ausgebildet sein. Wenn die Vorrichtung einen Speicher aufweist, kann über die Kommunika tionsverbindung der Speicher ausgelesen werden. Weiterhin kann die Vorrichtung eine drahtlose Schnittstelle aufweisen, die es ermöglicht, die Daten in Echtzeit aus der Vorrichtung heraus zur Auswertung zu schicken.

In einer weiteren Ausführungsform weist die Vorrichtung eine Energieversorgungsvorrichtung auf. Die Energieversorgungsvor richtung ist dabei vorzugsweise ausgebildet, um zumindest die Energie für die Sensoren für zumindest einen Durchlauf zur Verfügung zu stellen. Dazu gehört ebenso die Aufzeichnung der Sensordaten wie die ggf. vorhandene Kommunikation der Sensor daten nach außen. Hier können beispielsweise Akkus zum Ein satz kommen.

In einer weiteren Ausführungsform weist die Vorrichtung einen Datenspeicher und/oder eine Auswerteeinheit auf. Je nach Ein satzort der Vorrichtung kann es vorteilhaft sein, die Sensor- daten dauerhaft in der Vorrichtung zu speichern und die Daten für spätere Auswertungen an einem anderen Ort zur Verfügung zu haben. Es ist ebenso denkbar, dass eine Auswerteeinheit direkt auf einen Datenspeicher zugreift und erste Auswertun gen von Qualitätskriterien sofort durchführt z. B. um diese direkt anzuzeigen. Eine Anzeige kann dabei über ein Display direkt auf der Vorrichtung erfolgen, kann aber ebenso über eine drahtlose oder drahtgebundene Kommunikationsschnittstel le an ein Auswertegerät weitergeleitet werden.

Die Aufgabe wird weiterhin durch ein System aus einer Vor richtung gemäß einer der obenstehenden Ausführungsformen und einer Testplatte gelöst. Die genannten Ausführungsformen kön nen dabei untereinander kombiniert werden und ergänzen sich gegenseitig. So kann ein Beschleunigungssensor in Verbindung mit den Kraftsensoren ein genaues Kraft-Beschleunigungsprofil erzeugen. Vibrationen können hier ebenso erfasst werden. Die Testplatte kann dabei als eine gut reinigbare Glasplatte aus gebildet sein, die auch den Vorteil hat, optisch transparent zu sein. Weiterhin sind weitere Materialien denkbar, die eine gute Oberflächenbeschaffenheit und Reinigbarkeit aufweisen. Testplatten können dabei auch als Einweg-Testplatten ausge bildet sein, die nach der Verwendung als Testplatte archi viert werden oder einem weiteren Verarbeitungsschritt zuge führt werden.

In einer weiteren Ausführungsform ist die Testplatte als eine Leiterplatte ausgebildet. Dies hat den Vorteil, dass handels übliche Leiterplatten in die Aufnahme der Vorrichtung aufge nommen werden können, um dann unter Bedingungen zu testen, die den realen Bedingungen nahekommen. Hierbei ist es mög lich, dass die Leiterplatte bereits Sensorik aufweist, die über die Aufnahme der Vorrichtung kontaktiert werden kann und so auch Messwerte liefern kann.

In einer weiteren Ausführungsform weist die Testplatte eine berührungsempfindliche Oberfläche auf. Dies kann beispiels weise wie ein Touchelement eines Touchscreens ausgebildet sein. Hierzu sind kapazitive, induktive oder resistive Ver fahren denkbar. Der Vorteil hiervon ist, dass die Positionie rung von einzelnen Elementen erfasst werden kann. Da bswp. Lotpaste elektrisch leitend ist, ist eine Erkennung über ein kapazitives Verfahren problemlos möglich.

In einer weiteren Ausführungsform weist die Testplatte Test stellen auf, die so ausgebildet sind, dass ein qualitativ minderwertiger Lotpastenauftrag entsteht oder simuliert wird. Ein minderwertiger Lotpastenauftrag dient zum Testen von Lot pasteninspektionssystemen (auch SPI genannt) zu testen, um z.B. zu überprüfen, ob eine Fehlermeldung ausgelöst wird, wenn ein minderwertiger Lotpastenauftrag erkannt wird oder ob dieser überhaupt erkannt wird. Um einen qualitativ minderwer tigen Lotpastenauftrag zu erzeugen, kann die Oberfläche der Testplatte Unregelmäßigkeiten aufweisen oder der minderwerti ge Lotpastenauftrag mit Testdummies simuliert werden, die be stückt werden können und Unregelmäßigkeiten aufweisen.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele näher beschrieben und er läutert. Es zeigen:

FIG 1 eine Ausführungsform einer Vorrichtung

FIG 2 eine Montagelinie.

Figur 1 zeigt eine Ausführungsform einer Vorrichtung 100 mit einer Testplatte 110. Die Vorrichtung 100 weist einen wannen förmigen Träger 120 auf. Der Träger 120 steht dabei auf zwei Stützelementen 180, die hier als Füße ausgebildet sind und an der Unterseite der Vorrichtung angeordnete Elektronik schüt zen. Der Träger 120 ist dabei so ausgebildet, dass er mit oder ohne Stützelementen 180 mit einem Transportsystem einer Montagelinie transportiert werden kann und von den einzelnen zu überprüfenden Prozessschritten auch bearbeitet werden kann. So ist die Testplatte 110 so ausgebildet, dass sie bei spielsweise mit einem Rakeldruckverfahren mit Lotpaste verse- hen werden kann und mit einem Bestückautomaten mit SMD-Bau- teilen bestückt werden kann.

Die Testplatte 110 ist in diesem Fall auf fünf Kraftsensoren F angeordnet. Die Kraftsensoren F sind dabei so angeordnet, dass ein möglichst vollständiges Bild einer Kraftverteilung, beispielsweise des Rakels bei einem Lotpastenauftrag bei einem Siebdruckverfahren, ermöglicht wird. Weiterhin weist die Vorrichtung 100 einen Klimasensor E auf, der die Umwelt bedingungen bezüglich Temperatur und Luftfeuchtigkeit er fasst. Unterhalb des Trägers 120 ist ein Elektronikmodul 150 angeordnet, das einen Prozessor CPU, eine Energieversorgungs einrichtung EV sowie einen Beschleunigungssensor A aufweist. Das Elektronikmodul 150 kann dabei auch in den Träger 120 in tegriert werden.

Der Träger 120 weist Marken M auf, die in den Ecken des Trä gers 120 angeordnet sind und eine genaue Ausrichtung des Trä gers ermöglichen. Weiterhin weist die Vorrichtung 100 eine Identifikationsmarkierung QR auf, die beispielsweise als QR- Code ausgebildet sein kann. Die Identifikationsmarkierung kann dabei z. B. mittels eines e-Paper Displays angezeigt werden und kann von Durchlauf zu Durchlauf verändert werden. Weiterhin weist die Vorrichtung 100 ein Oberflächenthermoele ment T auf, also einen Temperatursensor, der die Temperatur an der Oberfläche der Vorrichtung 100 erfasst und damit bei spielsweise die Temperatur eines auf den Sensor aufgebrachten Mediums.

Ein optischer Sensor CAM ist unterhalb einer Glasscheibe im Träger 120 angebracht, wobei auf diesen Teil des Trägers Dis penstests durchgeführt werden können. Es ist ebenso denkbar, dass Teile der Testplatte 110 transparent ausgestaltet sind und der optische Sensor CAM oder weitere Sensoren unterhalb der Testplatte angeordnet werden. Der Träger 120 und die Testplatte 110 können dabei auch ein teilig ausgestaltet sein, d.h. Träger 120 und Testplatte 110 können monolithisch aufgebaut sein.

Figur 2 zeigt eine Montagelinie 500, gefolgt von einer Lötan lage 600. Die erfindungsgemäße Vorrichtung 100 soll dabei in der Montagelinie 500 zum Einsatz kommen, deren Parameter er fassen und zur Verbesserung der Parameter beitragen. Ein PCB- Lager 510 dient zur Lagerung für unbestückte PCBs oder ande rer Substrate. Ein Schablonendruckautomat 520 dient zum Auf drucken von Lotpaste auf die PCBs. Eine Lotpasteninspektion 530 (im Englischen: „Solder Paste Inspection" - SPI) prüft ob die Lotpaste erwartungsgemäß aufgetragen wurde. Ein oder meh rere Bestückautomaten 540 platzieren die Bauteile auf dem PCB bzw. den beloteten Plätzen. Als in diesem Fall letzter Schritt vor dem Reflow-Löten ist eine Automatisierte Optische Inspektion 550 vorgesehen (im Englischen: „automated optical inspection" - in diesem Fall eine „Pre Reflow AOI"). Da die Montagelinie 500 Platzoptimal aufgebaut ist, ist ein Trans portsystem 560 nur zwischen der Lotpasteninspektion 530 und den Bestückautomaten 540 zu sehen, das Transportsystem 560 erstreckt sich aber durch die gesamte Montagelinie 500 und kann dementsprechend die Vorrichtung 100 durch die Montageli nie 500 transportieren.

Die Erfindung betrifft zusammenfassend eine Vorrichtung (100), die zur Erfassung von Prozessparametern während eines Durchlaufs einer Montagelinie (500) zur Montage von elektro nischen Bauteilen und/oder zum Auftrag von Fügematerialien ausgebildet ist. Um die Erfassung von Prozessparametern über eine gesamte Montagelinie hinweg zu ermöglichen wird weist die Vorrichtung einen Träger (120) auf, der zur Beförderung mit einem Fördersystem (560) der Montagelinie (500) und zur Aufnahme einer Testplatte (110) ausgebildet ist, und zumin dest einen Sensor (F, E, A, T) zur Messung zumindest eines Prozessparameters während des Durchlaufs. Die Erfindung be trifft weiterhin ein System aus einer Vorrichtung (100) und einer Testplatte (110).