CH690755A5

CH690755A5 - Verfahren und Vorrichtung zur Montage elektronischer Komponenten.

Info

Publication number: CH690755A5
Application number: CH00425/96A
Authority: CH
Inventors: Naoki Suzuki
Original assignee: Samsung Aerospace Ind
Priority date: 1995-02-21
Filing date: 1996-02-19
Publication date: 2001-01-15
Also published as: GB9603536D0; KR0163569B1; MY112317A; NL1002410C2; CN1141571A; NL1002410A1; JP3652397B2; JPH08228093A; KR960033203A; US5761798A; GB2298183A

Description

A. Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur automatischen Montage elektronischer Komponenten auf einer Platte, zum Beispiel einer Leiterplatte.

B. Stand der Technik

Vollautomatische Montagevorrichtungen werden zur Montage von Halbleiterbauelementen auf einer Leiterplatte, zum Beispiel integrierte Schaltungen, gross dimensionierte integrierte Schaltungen, Dioden, Kondensatoren, Widerstände und andere kleine Elektrobauteile.

Die oben erwähnte Montagevorrichtung beinhaltet Führungsschienen, die eine Leiterplatte (LP) führen und sie auf einem Plattenauflagetisch in einer bestimmten Position ausrichten, Komponentenauflagetische zum Festhalten verschiedenartiger elektronischer Komponenten zur Montage auf der LP, und Montageköpfe, die sich horizontal in Richtung einer X-Achse und einer Y-Achse bewegen, um die elektronischen Komponenten vom Komponentenauflagetisch zur LP zu tragen, um die Komponenten zu montieren. Jeder Montagekopf hat Vakuumeinsätze, d.h. Ansaugdüsen, die sich auf dem Plattenauflagetisch und den Komponentenauflagetischen auf- und abbewegen.

Eine Mehrzahl der Vakuumeinsätze wird getragen von einem Halter, mit dem die Vakuumeinsätze aufgenommen und zurückgelegt werden können bzw. mit dem der vorbestimmte Vakuumeinsatz auf dem Montagekopf je nach Grösse und Vielfalt der elektronischen Komponenten, welche auf die Leiterplatte installiert werden sollen, installiert werden kann.

Die Vakuumeinsätze sind an eine Vakuumpumpe angeschlossen, welche die Beibehaltung eines bestimmten negativen Atmosphärendrucks in einem Hohlraum im Innern des Vakuumeinsatzes bewirkt, damit der Vakuumeinsatz eine elektronische Komponente durch Vakuum halten kann. Um automatisch zu erkennen, ob der Vakuumeinsatz das Stück aufhebt oder nicht, hat jeder Vakuumeinsatz einen Druckfühler, der den Druckwert des Hohlraums fühlt.

Das Innere des Hohlraums wird im Wesentlichen auf atmosphärischem Druck gehalten, wenn der Vakuumeinsatz nichts hält, und der Hohlraum erreicht subatmosphärischen Druck, sobald der Vakuumeinsatz die elektronische Komponente aufhebt bzw. hält. Daran erkennt der Druckfühler den Druckwert, der entweder nahe bei dem vorher bestimmten Druckwert oder tiefer liegt, um den Status des Vakuumeinsatzes in Bezug auf die elektronische Komponente festzustellen.

Die Vakuumeinsätze des Halters unterscheiden sich voneinander hinsichtlich ihres Durchmessers und hinsichtlich des Drucks, mit welchem die elektronischen Komponenten an den jeweiligen Vakuumeinsätzen gehalten werden.

Wurde der Druck, mit dem die Vakuumeinsätze die Komponenten aufheben, vorher auf ein gewisses Niveau festgelegt, so erkennt der Druckfühler, ob dieser Vakuumeinsatz die Komponente richtig aufhebt. Wird jedoch ein anderer Vakuumeinsatz verwendet, um die Komponente aufzunehmen, dann hält dieser Vakuumeinsatz die Komponente nicht mit dem gleichen vorbestimmten Druck wie das erste Vakuumteil. Ferner hat jedes Vakuumteil verschiedene Ansaugdruckniveaus je nach Montagebedingung in Bezug auf den Montagekopf.

Erkennt der Druckfühler, dass während des Aufhebevorganges eine elektronische Komponente nicht vom Vakuumeinsatz gehalten wird, so bewegt er sich nicht zum Plattenauflagetisch hin, sondern vielmehr zu einem Auslass, und der Vakuumeinsatz wird mit konstantem Druck beliefert. Diese Montagevorrichtung ist dafür vorgesehen, eine Fehlfunktion des Druckfühlers in Betracht zu ziehen, d.h. die Möglichkeit, dass eine elektronische Komponente tatsächlich vom Vakuumeinsatz gehalten wird, obwohl der Druckfühler das Aufheben der Komponente durch den Vakuumeinsatz nicht erkennt. Solche Fehler können elektronische Komponenten verschwenden und sich ungünstig auf die Montageleistung von elektronischen Komponenten auswirken.

Zusammenfassung der Erfindung

Folglich umfasst die vorliegende Erfindung ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Montage elektronischer Komponenten, mit denen ein korrektes Erkennen des Aufhebezustands des Vakuumeinsatzes gewährleistet wird.

Die vorliegende Erfindung stellt ein Verfahren zur Montage elektronischer Komponenten auf einer Leiterplatte mit einer Vorrichtung bereit, beinhaltend einen Komponentenauflagetisch zum Festhalten der elektronischen Komponenten mit Montageköpfen mit abnehmbaren Vakuumeinsätzen zum Aufheben der elektronischen Komponenten, und einen Plattenauflagetisch zum Festhalten der Leiterplatte, wobei das Verfahren aus den Schritten besteht, einen ersten Druckwert eines jeweiligen Vakuumeinsatzes zu erkennen, bei welchem der jeweilige Vakuumeinsatz sich in einem \ffnungszustand befindet; einen zweiten Druckwert des jeweiligen Vakuumeinsatzes zu erkennen, bei welchem der jeweilige Vakuumeinsatz sich in einem Schliesszustand befindet;

einen Schwellenwert zu ermitteln in Reaktion auf den ersten und zweiten Druckwert des jeweiligen Vakuumeinsatzes, und die Montageköpfe zum Plattenauflagetisch hin zu bewegen in Reaktion auf die Ermittlung, dass der Druckwert des die elektronische Komponente aufhebenden Vakuumeinsatzes den Schwellenwert übersteigt.

In einem anderen Aspekt als Vorrichtung zur Durchführung obgenannten Verfahrens beinhaltet die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung zur Montage elektronischer Komponenten auf einer Leiterplatte, umfassend einen Komponentenauflagetisch zum Festhalten der elektronischen Komponenten mit Montageköpfen mit abnehmbaren Vakuumeinsätzen zum Aufheben der elektronischen Komponenten; einen Plattenauflagetisch zum Festhalten der Leiterplatte dort, wo die elektronischen Komponenten montiert werden; einen Druckfühler zum Erkennen eines ersten Druckwertes des jeweiligen Vakuumeinsatzes, bei dem sich der jeweilige Vakuumeinsatz in einem \ffnungszustand befindet, und eines zweiten Druckwertes des jeweiligen Vakuumeinsatzes, bei dem sich der jeweilige Vakuumeinsatz in einem Schliesszustand befindet;

Mittel zur Ermittlung eines Schwellenwertes des jeweiligen Vakuumeinsatzes in Reaktion auf den ermittelten ersten und zweiten Druckwert des jeweiligen Vakuumeinsatzes, und Mittel zur Bewegung der Montageköpfe zum Plattenauflagetisch in Reaktion auf die Ermittlung, dass der Druckwert des Vakuumeinsatzes, bei dem die elektronische Komponente aufgehoben wird, den Schwellenwert übersteigt.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist eine schematische Draufsicht eines Systems zur Montage von elektronischen Komponenten gemäss einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Fig. 2 ist eine schematische Vorderansicht des in Fig 1. gezeigten Systems.
Fig. 3 ist ein Blockdiagramm einer Steuerschaltung des in Fig. 1 gezeigten Systems.
Fig. 4 ist ein Ablaufdiagramm des Betriebs des in Fig. 1 gezeigten Systems.

Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform

Es wird nun im Einzelnen Bezug genommen auf eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wovon in den beiliegenden Zeichnungen Fig. 1 bis Fig. 4 Beispiele illustriert sind.

Gemäss Fig. 1 und 2 hat der Apparat zur Montage elektronischer Komponenten ein Paar parallel angeordneter Hauptstützen 1 und 2 und mit den Hauptstützen 1 und 2 jeweils kombinierte Führungsschienen 3 und 4. Orthogonal zu den Hauptstützen 1 und 2 wird ein Querbalken 5, dessen Endteile jeweils mit den Führungsschienen 3 und 4 gekoppelt sind, in Richtung der Y-Achse entlang der Hauptstützen 1 und 2 geführt. Eine Kopfeinheit 6 ist verschiebbar so mit dem Querbalken 5 verbunden, dass sie sich in Richtung der X-Achse bewegt.

Um den Querbalken 5 in Richtung der Y-Achse zu bewegen, ist eine von einem Motor 7 angetriebene Kugelumlaufspindel 8 rotierbar mit der Hauptstütze 2 kombiniert. Die Kugelumlaufspindel 8 greift gewindemässig in ein Endteil des Querbalkens 5 ein. Eine Blockierungswelle 10 ist am Querbalken 5 parallel zum Querbalken 5 installiert. Ritzel 11 und 12, an beiden Enden der Blockierungswelle 10 befestigt, greifen jeweils in an den Hauptstützen 2 und 1 befestigte Zahntriebe 13 und 14 ein. Demzufolge bewegt sich der Querbalken 5 in Richtung der Y-Achse, wenn die Kugelumlaufspindel 8 vom Motor 7 angetrieben wird. Alsdann rotieren die in die Zahntriebe 13 und 14 eingreifenden Ritzel 11 und 12 und bewegen dabei den Querbalken 5 in Richtung der Y-Achse.

Eine Kugelumlaufspindel 15 ist rotierbar am Querbalken 5 installiert, um die Kopfeinheit 6 in Richtung der X-Achse zu bewegen. Die Kugelumlaufspindel 15 greift gewindemässig in die Kopfeinheit 6 ein und kann von einem Synchronriemen (nicht gezeigt), der über eine auf der Welle eines Motors 16 installierte Riemenscheibe (nicht gezeigt) und eine an der Kugelumlaufspindel 15 installierte Riemenscheibe (nicht gezeigt) fährt, angetrieben werden.

Ein Paar Führungsglieder 21 und 22 sind parallel unterhalb der Hauptstützen 1 und 2, welche zu den Führungsgliedern orthogonal verlaufen, installiert. Die Führungsglieder 21 und 22 bilden eine Fördereinrichtung für den Transport einer Leiterplatte (LP) 20. Die LP 20 wird von den Führungsgliedern 21 und 22 an eine vorbestimmte Position auf einem Plattenauflagetisch (nicht gezeigt) geführt. Das Führungsglied 21 kann sich je nach Grösse der LP 20 zum Führungsglied 22 hin- bzw. davon wegbewegen.

Eine Mehrzahl von Komponententischen 23 zum Tragen verschiedener elektronischer Komponenten ist auf beiden Seiten der von den Führungsgliedern 21 und 22 gebildeten Fördereinrichtung vorgesehen. Eine Mehrzahl von Montageköpfen 24 ist auf der Kopfeinheit 6 installiert, um die Komponente jedes Komponententisches 23 auf der LP 20 zu montieren.

Wie in Fig. 2 gezeigt, hat ein Montagekopf 24 einen Vakuumeinsatz 25 (Düse), der sich nach oben und nach unten bewegen kann. Der Vakuumeinsatz 25 hebt eine Komponente vom Komponententisch 23 und montiert sie an einer vorbestimmten Position auf der LP 20, indem er den Querbalken 5 in Richtung der Y-Achse entlang der Hauptstützen 1 und 2 bewegt und gleichzeitig den Montagekopf 24 entlang des Querbalkens 5 in Richtung der X-Achse bewegt. Um die Komponente aufzuheben, bewegt sich der Vakuumeinsatz 25 zuerst abwärts zum Komponententisch 23 hin und dann aufwärts und zur vorbestimmten Position der LP 20. Danach wird die Komponente durch Absenken des Vakuumeinsatzes 25 an der vorbestimmten Position auf der LP 20 montiert.

Der Vakuumeinsatz 25 hat ein mit einer Vakuumpumpe 27 in Verbindung stehendes Düsenloch 26. Die Komponente wird aufgehoben und durch einen von der Vakuumpumpe 27 durch das Düsenloch 26 beaufschlagten Vakuumdruck gegen das Ende des Vakuumeinsatzes 25 gehalten. Ein Druckfühler 28 ist vorgesehen, um den Druck am Düsenloch 26 zu erkennen, der nahe atmosphärischem Druck liegt, wenn der Vakuumeinsatz 25 keine Komponente hält und mittels der Vakuumpumpe 27 auf einen vorbestimmten Wert unter atmosphärischem Druck eingestellt ist, wenn der Vakuumeinsatz 25 eine Komponente hält. Obwohl Fig. 2 einen in nur einem einzigen Montagekopf 24 installierten Druckfühler 28 zeigt, sind tatsächlich gleiche Druckfühler für jeden Montagekopf 24 vorgesehen.

Fig. 3 ist ein Blockbild einer Steuerschaltung für die vorliegende Vorrichtung zur Montage elektronischer Komponenten. Vom Druckfühler 28 produzierte Detektorsignale werden durch einen Analog-Digital-Wandler bzw. durch eine Schnittstelle in eine Zentraleinheit 31 der Steuerschaltung eingegeben. Ein Befehlssignal wird von einem Schaltpult 32 erzeugt und weitergeleitet an die Zentraleinheit 31. Dann erzeugt die Zentraleinheit 31 Steuersignale und leitet diese an den Motor 7 zum Antreiben der Vakuumpumpe 27 zum Bewegen des Querbalkens 5 in Richtung der Y-Achse, an den horizontalen Kopfantriebsmotor 16 zum Antreiben der Kopfeinheit 6 in Richtung der X-Achse und an einen vertikalen Vakuumeinsatz-Antriebsmotor 33 zum Bewegen des Vakuumeinsatzes nach oben und nach unten weiter.

Ein Speichermedium, wie ein Nur-Lese-Speicher (ROM) zum Speichern eines Verfahrens zum Steuern der oben genannten Motoren und ein Direktzugriffspeicher (RAM) zum Aufzeichnen der Steuerinformationen, ist entweder innerhalb oder ausserhalb der Zentraleinheit 31 vorgesehen. Es wird je nach Grösse oder Vielfalt der aufzuhebenden elektronischen Komponenten W eines aus einer Mehrzahl von Vakuumeinsätzen 25 benutzt und von einem in Fig. 1 gezeigten Teilehalter 29 gehalten. Der gewählte Vakuumeinsatz 25, der für die zu montierende elektronische Komponente W geeignet ist, wird dann je nach der elektronischen Komponente W dem Montagekopf 24 zugeführt.

Da der Druck in den Hohlräumen beim Aufheben elektronischer Komponenten zwischen den verschiedenen Vakuumeinsätzen 25 variiert, werden die Vakuumeinsätze 25, bevor einer von ihnen ausgewählt und an dem Montagekopf 24 montiert wird, mit geschlossenen Hohlräumen zu einem an einer vorher bestimmten Position angeordneten Prüforgan bewegt. Der Druckwert, bei dem der Vakuumeinsatz 25 geschlossen wird (bzw. in einem "Schliess"-Zustand ist), wird vom Druckfühler 28 erkannt und an die Zentraleinheit 31 weitergeleitet, um extern oder intern im eingebauten Speicher 34 aufgezeichnet zu werden. Ebenso wird der Druckwert, bei dem der Vakuumeinsatz 25 offen (bzw. in einem "\ffnungs"-Zustand) ist, vom Druckfühler 28 erkannt und im Speicher 34 aufgezeichnet.

In Zusammenhang mit den obigen Druckwerten bestimmt die Zentraleinheit 31 einen Schwellenwert, bei welchem der Vakuumeinsatz 25 die elektronische Komponente W festhält. Die Schwellenwerte werden im Speicher 14 aufgezeichnet. Der dem Vakuumeinsatz 25 entsprechende Schwellenwert wird an den Montagekopf 24 geliefert, bevor ein Aufhebevorgang durchgeführt wird.

Fig. 4 stellt die Schritte dar, mit denen die vorliegende Vorrichtung zur Montage elektronischer Komponenten gemäss einer bevorzugten Ausführung der vorliegenden Erfindung betrieben wird,

Wenn ein Startschalter des Schaltpultes 32 eingeschaltet wird (S1), dann wird/werden der Montagekopf bzw. die Montageköpfe 24 zum Teilehalter 29 von Fig. 1 bewegt (S2).

Der Vakuumeinsatz 25 des Montagekopfes 24 bewegt sich zum vorbestimmten Komponententisch 23, indem er simultan den Querbalken 5 in Y-Achsenrichtung und den Montagekopf 24 entlang des Querbalkens in Richtung der X-Achse bewegt. Hier rückt eine Hohlstange abwärts bzw. fährt durch die Antriebskraft eines Motors hinab, sodass der Vakuumeinsatz 25 mit der Komponente in Berührung kommt. Die Komponente wird dann aufgehoben und durch von der Vakuumpumpe 27 gelieferten Vakuumdruck gegen den Vakuumeinsatz 25 gehalten.

Das Ende des Vakuumeinsatzes 25, der an dem Montagekopf 24 montiert wird, ist nicht geöffnet, und während die Vakuumpumpe 27 angetrieben wird, wird der Druckwert, mit welchem der Vakuumeinsatz 25 im \ffnungszustand ist, vom Druckfühler 28 (S4) erkannt und in den Speicher 34 eingegeben. Dann wird der Schliessvorgang des Vakuumeinsatzes 25 durchgeführt (S5). Dazu wird der Vakuumeinsatz 25 zu einem Testbereich mit einem vorbestimmten Flachheitsgrad bewegt, und der Vakuumeinsatz 25 wird abwärts verlagert und alsdann geschlossen. Zu diesem Zeitpunkt wird der Druckwert, bei welchem der Vakuumeinsatz 25 im Schliesszustand ist, vom Druckfühler 28 erkannt (S6). Der Druckfühler 28 ermittelt den Status eines Aufhebevorgangs des Vakuumeinsatzes 25 im Einklang mit den erkannten Druckwerten, bei denen der Vakuumeinsatz 25 im \ffnungs- bzw. im Schliesszustand ist.

Der Druckschwellenwert wird von der Zentraleinheit 31 (S7) ermittelt und im Speicher 34 aufgezeichnet, womit die Vorbereitung für das Montieren elektronischer Komponenten abgeschlossen ist.

Wenn die Kopfeinheit, wie in Fig. 1 gezeigt, drei Montageköpfe 24 hat, dann werden drei Sätze von Schwellenwerten für jeden auf dem Montagekopf 24 montierten Vakuumeinsatz 25 errechnet. Alle vorbestimmten elektronischen Komponenten werden auf der LP 20 montiert (S8). Wenn die Montage für die LP 20 abgeschlossen ist, dann wird eine neue Leiterplatte ohne montierte elektronische Komponenten von den Führungsgliedern 21 und 22 zu einer vorbestimmten Position auf dem Plattenauflagetisch weitergeleitet. Falls der Druckfühler 28 einen negativen Druck über einem vorbestimmten Schwellenwert erkennt, obwohl der Aufhebevorgang durchgeführt wird, dann könnte es sich um einen fehlerhaften Vorgang handeln. Die Montageköpfe 24 werden in eine Ausschussposition zurückgeführt, und der Vakuumzustand wird aufgehoben.

Falls die Zentraleinheit 31 den Vorgang zur Montage elektronischer Komponenten eines anderen Typs auf einer neuen Leiterplatte nach Abschluss der Schritte zur Montage elektronischer Komponenten gleichen Typs wie die vorherigen auf der Leiterplatte feststellt (S9), dann wird der Montagevorgang bei S10 gestoppt. Vorzugsweise wird die Errechnung der Schwellenwerte der jeweiligen Vakuumeinsätze 25 jedesmal durchgeführt, wenn die Vakuumeinsätze 25 auf den Montageköpfen 24 montiert werden, und eine solche Errechnung kann auch jedesmal dann durchgeführt werden, wenn der Vorgang zur Montage einer vorbestimmten Anzahl elektronischer Komponenten W abgeschlossen ist, falls der negative Druck bei nachfolgenden Aufhebevorgängen variiert wird.

Wie oben erwähnt, können, da der Schwellenwert jedes Vakuumeinsatzes 25 mit hoher Präzision von dem entsprechenden Druckfühler 28 erkannt wird, Fehleinschätzungen oder -berechnungen der Aufhebebedingung der Vakuumeinsätze 25 verhindert werden. Dementsprechend vermeidet das vorliegende System fehlerhafte Vorgänge während der Schritte zur Montage elektronischer Komponenten auf einer Leiterplatte und erhöht die Komponentenmontageleistung wie auch die Produktionsausbeute.

Die bevorzugte Ausführung der vorliegenden Erfindung wird als Beispiel gegeben, und die in den angefügten Ansprüchen beschriebene Erfindung beschränkt sich nicht auf die dargestellte Ausführung. Der durchschnittliche Fachmann wird erkennen, dass Modifikationen der beispielhaften Ausführungsform möglich sind, ohne vom Umfang der Ansprüche abzuweichen.

Claims

1. Verfahren zur Montage elektronischer Komponenten auf einer Leiterplatte mit einer Vorrichtung mit Komponentenauflagetischen zum Festhalten der erwähnten elektronischen Komponenten mit Montageköpfen mit abnehmbaren Vakuumeinsätzen zum Aufheben der elektronischen Komponenten, und einem Plattenauflagetisch zum Festhalten der Leiterplatte, wobei das erwähnte Verfahren die folgenden Schritte umfasst: Erkennen eines ersten Druckwertes eines jeweiligen Vakuumeinsatzes, bei dem der jeweilige Vakuumeinsatz sich in einem \ffnungszustand befindet; Erkennen eines zweiten Druckwertes des jeweiligen Vakuumeinsatzes, bei dem der jeweilige Vakuumeinsatz sich in einem Schliesszustand befindet; Ermitteln eines Schwellenwertes in Reaktion auf den erkannten ersten und zweiten Druckwert des jeweiligen Vakuumeinsatzes;

und Bewegen der Montageköpfe zum Plattenauflagetisch in Reaktion auf eine Ermittlung, dass der Druckwert des Vakuumeinsatzes, bei dem die elektronische Komponente aufgehoben wird, den erwähnten Schwellenwert übersteigt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei erwähnter Schwellenwert zwischen dem erwähnten ersten und zweiten Druckwert liegt.

3.

Vorrichtung zur Montage elektronischer Komponenten auf einer Leiterplatte zur Durchführung des Verfahrens nach Patentanspruch 1, umfassend einen Komponentenauflagetisch zum Festhalten der erwähnten elektronischen Komponenten mit Montageköpfen mit abnehmbaren Vakuumeinsätzen zum Aufheben der elektronischen Komponenten; einen Plattenauflagetisch zum Festhalten der Leiterplatte dort, wo die elektronischen Komponenten montiert werden; einen Druckfühler zum Erkennen eines ersten Druckwertes eines jeweiligen Vakuumeinsatzes, bei dem sich der jeweilige Vakuumeinsatz in einem \ffnungszustand befindet, und eines zweiten Druckwertes des jeweiligen Vakuumeinsatzes, bei dem sich der jeweilige Vakuumeinsatz in einem Schliesszustand befindet; Mittel zur Ermittlung eines Schwellenwertes in Reaktion auf den erkannten ersten und zweiten Druckwert des jeweiligen Vakuumeinsatzes;

und Mittel zum Bewegen der Montageköpfe zum Plattenauflagetisch in Reaktion auf die Ermittlung, dass der Druckwert des Vakuumeinsatzes, bei dem die elektronische Komponente aufgehoben wird, den erwähnten Schwellenwert übersteigt.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, wobei der erwähnte Schwellenwert zwischen dem erwähnten ersten und zweiten Druckwert liegt.