CN1293536A - 具有进料/编程/缓冲系统的制造系统 - Google Patents

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Abstract

一种电路板制造系统,包括具有进料/编程/缓冲系统(50)的电路板装配线(30)。进料/编程/缓冲系统(50)具有灵活的进料机构(55),用于以很多不同方式接收末编程器件;编程机构(70),用于以高速率对未编程器件进行编程操作;以及输出缓冲机构(75),用于未电路板装配线(30)提供已编程的器件。

Description

具有进料／编程／缓冲系统的制造系统
本发明一般涉及电子产品的制造系统，尤其涉及包含可编程集成电路的电子电路板的生产。
过去，电子电路板装配的某些操作是在远离生产装配线的地方完成的。在各种进料机器和机器人装卸系统将集成电路装配到电子电路板上时，与处理集成电路有关的操作例如编程、测试、校准和测量是在不同的区域在各自的设备上而不是集成到主生产装配线上完成的。
例如，在可编程器件例如电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)和闪速EEPROM的编程中，所使用的独立编程设备通常位于与电路板装配线分开的区域中。为什么离线进行编程有若干原因。
首先，编程设备相对较大且笨重。这是因为需要准确地将可编程器件高速插入编程器的编程插口中或者从编程插口中移走。由于插入和移走需要相对长的高速横越和非常精确的定位，因此需要非常坚固的机器人装卸设备。这种坚固设备意味着各种部件必须相对厚重、具有坚固的结构支承构件，以保持高速移动的抓放系统的结构完整性和精确定位。由于编程设备的尺寸和用于甚至更大装配设备的空间有限，所以它们位于不同区域中。
其次，单个高速生产装配系统对编程设备的消耗比在单个编程机构上对它们进行编程要快。这需要许多通常较长时间操作的编程系统，目的是为生产装配系统储备编程设备。这意味着在两个系统之间操作次数和输入要求是不同的。
第三，过去一直没人能建立一个能很容易地集成有生产装配系统的机械和电子部分的单个系统。这些系统复杂且通常需要耗费大量的工程时间进行改变以结合附加设备。
就在不同区域中对可编程器件进行编程然后将已编程器件引入生产装配区域中从而插入电子电路板中而言，与此有关的主要问题是难以使两个独立过程在不同区域中运行以及难以在两个独立系统之间进行协调。通常，生产装配线会用完可编程器件且不得不关闭整个生产装配线。在另一些时候，编程设备用于对足够库存的被编程器件进行编程，从而确保生产装配线不会被关闭；但是，这增加了库存成本。当必须改变编程且手头有大量被编程集成电路时会产生其他问题。在这种情况下，库存的可编程器件必须被重新编程，所以浪费时间和金钱。
显然，需要一个更好的系统，但看起来没有真正解决这种问题的方法。在改进过程中存在很多显然难以克服的问题。
首先，当前生产装配线的运转速度大大超过了现有编程器的编程速度能力，编程器的编程量必须远远大于现有系统所认为可能的编程量。
其次，编程器的速度不仅要比现有编程器快，而且还要更小。这种理想系统将集成到生产装配线中，但这样做不会干扰现有生产装配线或要求新生产装配线的长度超过没有理想系统时的长度。此外，这些生产装配线中大多数已经充满或设计成充满各种类型的为附加设备提供有限空间的进料和装卸模块。
第三，显然，任何与生产装配线集成的编程器还必须与用于通信和时序安排目的的生产系统软件的控制软件和电子设备接口。这就是个问题，因为生产装配线系统软件不仅复杂，而且是保密的和／或所有权归那些系统的制造商。这意味着上述集成必须与制造商合作完成，或者在研究编程器控制软件之前必须在理解制造商软件上花费大量的时间和努力，除非改进它们自己的系统，否则制造商是不情愿花费任何时间进行工程计划的。
第四，编程器和生产设备之间的机械接口需要相对于生产装配系统的抓放装卸设备高度准确地放置被编程设备。
第五，存在大量不同的生产装卸设备制造商和生产制造设备。这意味着必须对大量不同的生产装配线结构进行研究并在不同制造商所要求的设计上作较多折衷。
第六，理想系统允许在具有不同构造和尺寸的不同微型器件之间快速改变。
第七，理想系统需要能容纳包括带状、管状和盘状进料器的很多不同的微型器件进料机构。
最后，需要能快速抛弃在编程过程中有故障的微型器件。
所有上述问题看起来都使得有效解决问题是不可能的。这在试图发明一个复杂系统时尤其如此，所述复杂系统是便携式的、允许仅用外部电力和气压进行“抓放”操作、提供自动编程和装卸、能将被编程的可编程器件导入自动生产装配线中。
本发明提供了一种微型器件生产制造系统，该系统包括具有进料／处理／缓冲系统的生产装配线。进料／处理／缓冲系统具有灵活的进料机构，用于以很多不同方式接收微型器件；处理机构，用于以高速率对微型器件进行处理操作；以及输出缓冲机构，用于连续为生产装配线提供处理后的微型器件。该系统基本解决了这种系统以前所面临的所有问题。
本发明还提供了一种进料／处理／缓冲系统，该系统具有灵活的进料机构，用于接收多个微型器件；处理机构，用于对微型器件进行处理操作；以及输出缓冲机构，用于为生产装配线提供处理后的微型器件。该系统基本解决了这种系统以前所面临的所有问题。
本发明还提供了一种进料／处理／缓冲系统，其中，输入进料机构用于接收微型器件，处理机构用于对微型器件进行处理操作，输出缓冲机构用于为生产装配线提供处理后的微型器件，利用线性操作简化设计。该系统基本解决了这种系统以前所面临的所有问题。
本发明还提供了一种进料／处理／缓冲系统，其中，数量减少了的部件包括接收微型器件的输入进料机构、对微型器件进行处理操作的处理机构和为生产装配线提供处理后的微型器件的输出缓冲机构，这些部件彼此排成一行且主要具有一个自由度以提高速度和生产率。该系统基本解决了这种系统以前所面临的所有问题。
本发明还提供了一种进料／处理／缓冲系统，其中，输入进料机构用于接收微型器件，处理机构用于对微型器件进行处理操作，输出缓冲机构用于为生产装配线提供处理后的微型器件，利用线性操作简化设计。该系统基本解决了这种系统以前所面临的所有问题。
本发明还提供一种电路板制造系统，该系统包括具有进料／处理／缓冲系统排列的电路板装配线。进料／处理／缓冲系统具有灵活的进料机构，用于以很多不同方式接收未编程器件；编程机构，用于以高速率对未编程器件执行编程操作；以及输出缓冲机构，用于连续为电路板装配线提供已编程器件。该系统基本解决了这种系统以前所面临的所有问题。
本发明还提供了一种进料／处理／缓冲系统，该系统具有灵活的进料机构，用于接收多个未编程器件；编程机构，用于对未编程器件执行编程操作；以及输出缓冲机构，用于为电路板装配线提供已编程器件。该系统基本解决了这种系统以前所面临的所有问题。
本发明还提供了一种进料／处理／缓冲系统，其中，输入进料机构用于接收未编程器件；编程机构用于对未编程的集成电路执行编程操作；输出缓冲机构用于为电路板装配线提供已编程器件，利用线性操作使系统尺寸最小。该系统基本解决了这种系统以前所面临的所有问题。
本发明还提供了一种进料／处理／缓冲系统，其中，输入进料机构用于接收未编程器件；编程机构用于对未编程的集成电路执行编程操作；输出缓冲机构用于为电路板装配线提供已编程器件，利用旋转操作使系统振动最小。该系统基本解决了这种系统以前所面临的所有问题。
通过阅读以下结合附图的详细描述，本领域的技术人员显然可以清楚本发明的上述以及其他优点。
图1(现有技术)是现有技术编程系统的一个例子；
图2(现有技术)是构成本发明一部分的现有技术的电子电路板制造线的一个例子；
图3是本发明的进料／编程／缓冲系统的侧视图；
图4是图3沿线4-4剖开的顶视图；
图5是本发明另一个实施例的侧视图；以及
现在参考图1(现有技术)，图中示出了传统的处理系统，例如用于可编程电子器件的编程系统10。用编程系统10作为一个例子。编程系统10非常大并且具有与输入进料器14连接的刚性框架12。输入进料器14可以是托盘、盘堆积器(stacker)、管、管堆积器或带和卷轴，为编程系统10提供未编程器件。
能在X-Y-Z和θ坐标系统中(X和Y是水平运动，Z是垂直运动，θ是角度运动)运动的机器人装卸系统18具有抓放(PNP)头20，抓放头20用于抓起未编程器件，把它们移动到编程区22并将它们插入编程系统10内的编程插口(未示出)中。
当编程完成时，机器人装卸系统18将PNP头20移动到位，从而将部件从编程插口中移走并将它们放在输出机构24中。如果可编程器件不能被编程，机器人装卸系统18和PNP头20将有故障的器件存放在废料仓26中。
编程系统10继续自动操作直至输入进料器14中所有好的器件被编程并传送到输出机构24中。
现在参考图2(现有技术)，图中示出了包括装配线31的生产装配系统30。生产装配系统30包括连接不同输入进料器例如输入进料器34的进料工作台32。在包含被编程器件的地方，用图1(现有技术)中的输出机构24作为输入进料器34。在图2(现有技术)中，示出安装了两个进料器34和36，每个输入进料器34和36包含不同类型的可编程器件。输入进料器34和36可以是托盘、盘堆积器、管、管堆积器或带和卷轴。
生产装配系统30具有支承机器人装卸系统40的支承框架37，当器件沿安装在装配线框架46中的传送带48移动时，机器人装卸系统能携带PNP头42沿X-Y-Z-θ坐标系统从输入进料器34和36抓起器件并将它们放在印刷电路板38上。输入进料器34和36偏离传送带48的运动方向放置。
现在参考图3，图中示出了构成本发明一部分的进料器／编程器／缓冲器系统50的一个实施例，该系统是在线线性操作系统，作为输入进料器34和36之一装配在生产装配系统30中相同的位置上。作为进料器，将输入进料器／编程器／缓冲器系统50装配到大约相同空间和位置中的能力提供了一种新的生产装配系统，该生产装配系统能简化、保持高速处理和装配操作。
很多不同的输入机构可以用于为输入进料器／编程器／缓冲器系统50送料，包括现有技术系统中所使用的管、管堆积器、托盘、盘堆积器或带和卷轴。由于在线构造，进料器／编程器／缓冲器系统50能灵活容纳具有最小变化的不同进料选项。在最佳方式中，进料器／编程器／缓冲器系统50具有输入机构，该输入机构是带和卷轴进料器。卷轴可以放在很多不同的位置上，例如所示在进料器／编程器／缓冲器系统50下面的输入卷轴52，所示在前面的输入卷轴54或者与进料器／编程器／缓冲器系统50完全隔开(未示出)。在输入卷轴52或54是进料器／编程器／缓冲器系统50一部分的地方，输入卷轴52或54被框架56支承以允许输入卷轴52或54通过驱动机构(未示出)以图3所示顺时针方向旋转，驱动机构可以是电动机或来自另一个电动机的带，这将在下文描述。
用输入卷轴54作为输入进料机构55的一个例子，在传送带58和覆盖带60之间输入未编程器件。传送带58具有多个固定未编程器件或者如果需要进行重新编程的间接被编程器件的小插口。
在第一阶段，覆盖带60被剥去并送给覆盖带机构62，覆盖带机构通过将覆盖带卷到卷轴上或将其压扁控制覆盖带60的处理以便以后移走和处理。覆盖带机构62向覆盖带60施加张力以确保将其从传送带58上剥去。剥去覆盖带60是未编程器件暴露在传送带58上。
构成输入进料机构55一部分的分度器或带内机构64包括电动机驱动的链轮(未示出)，它可以包括上述使输入卷轴52或54旋转的带，以助于将传送带58从输入卷轴52或54上脱下来并将未编程器件引入机器人装卸系统69中包括PNP头66的装卸机构65中。
为了使系统精致简单，进料器／编程器／缓冲器系统50是线性操作系统，机器人装卸系统69需要仅提供沿在线长度X-轴前后运动。PNP头66包含一个或多个提供Z-轴运动的单独抓起机构或探针67以抓起可编程器件。该在线线性方案大大简化了进料器／编程器／缓冲器系统50的整个操作且减小了整个尺寸，使得进料器／编程器／缓冲器系统50能适合期望的最小空间轮廓。
为了优化生产量，PNP头66具有多个探针67以顺序抓起多个未编程器件。一次抓起的未编程器件数量是进料器／编程器／缓冲器系统50的速度的函数。在一次操作中被编程的未编程器件越多，生产量越大，但进料器／编程器／缓冲器系统50越大。如果作为输入的微型器件的中心-中心间隔不变，则可以同时抓起多个未编程器件，但在最佳实施例中，是顺序抓起四个未编程器件。
PNP头66也可以包含压花机68，例如图章或墨水笔，用于给器件加标记以指示所用的生产批量或进料器／编程器／缓冲器。显然，布置印花机是设计问题。
主要参考图4，图中示出了图3沿线4-4剖开的顶视图。在图3和图4中，相同的部件用相同的附图标记表示。图4中尤其值得注意的是编程机构70和抓起区80，编程机构70示出了四个编程器插口位置70A至70D，抓起区80在进料器传送带74的远端。
回过来参考图3，图中示出了编程机构70的侧视图。在抓起多个未编程的器件之后，通过机器人装卸系统69将它们移动到具有多个插口70A至70D的编程机构70，通过插入或降下PNP头66的探针67顺序放置未编程器件。再者，如果微型器件的中心-中心间隔不变，就可以实现同时放置。
然后通过编程机构70对未编程器件进行编程。仅通过连接多个并行插口就能实现同时编程。通过分别或在串联总线上连接多个插座可以实现顺序编程。这使本发明的生产量乘了一个系数，相当于在现有技术编程机构上对多个可编程器件进行编程。编程机构70中的一个附加特征是在器件因处理失败或是“坏的”而不能被编程时能够识别。
编程后，可以通过很多不同方法从插口中抽出被编程器件，但通过最佳方式，装卸系统65的PNP头66将执行顺序抓起。再者，如果微型器件的中心-中心间隔不变，就能实现同时抽出。
PNP头66移动坏的可编程器件并将它们存放再废料仓72中，将好的已编程器件存放在输入缓冲机构75中，输入缓冲机构75包括辊子77和78上的缓冲传送带76。缓冲传送带76具有将可编程器件固定定位的特征，例如槽、袋或其他保持器，由袋79代表(仅示出一个)。
缓冲传送带76将可编程器件移动到抓起区80，机器人装卸系统从抓起区将它们拾起来用于印刷电路板群，机器人装卸系统是生产装配系统30的一部分，由图3中伪线所指示和如图2(现有技术)所示。缓冲传送带76能加速或减速以适应生产装配系统对已编程器件所要求的速度，由此提供已编程器件的储备或缓冲。输出缓冲机构75可以以不同于系统其他机构的速度操作，因为它与系统的其他部分有效脱钩并能按需要提供已编程器件。这产生了新型的已编程生产制造系统的新组合，该系统包括进料器／编程器/缓冲器系统50和生产装配系统30。
应当注意，可以完成编程使得机器人装卸系统69和PNP头66连续操作抓放器件，同时通过编程机构70对其他未编程器件进行编程。在最佳方式下，PNP头66横越带内(tape-in)机构64的抓起区，抓起四个顺序的可编程器件，将它们顺序放入编程机构70的插口70A至70D中，并等待直至完成编程。然后，它从编程机构70中插口70A至70D抓起可编程器件，将坏的部件放入废料仓72中，将好的部件放在充分移动以允许已编程器件顺序放置的缓冲传送带767上。然后，PNP头66返回带内机构64去抓起四个新的可编程器件。
通过进料器／编程器／缓冲器系统50放弃传送带58。应当理解，传送带58已不同于缓冲传送带76的速度移动，因为这两个部分是不联结的。除了缓冲作用之外，原因还在于定期丢弃可编程器件，这意味着输入进料必须比输出进料快。
现在参考图5，图中示出了本发明一部分的另一个实施例，进料器／编程器／缓冲器系统100是同轴的旋转操作系统，作为输入进料器34或36之一装配在图2的生产装配系统中的同一位置。作为进料器，将进料器／编程器／缓冲器系统100装配到同一空间和位置的能力提供了一种新的生产装配系统，该生产装配系统能简化、保持高速处理和装配操作。
仅就进料器／编程器／缓冲器系统50而论，可以用很多不同的输入机构为进料器／编程器／缓冲器系统100送料，包括管、管堆积器、托盘、盘堆积器或带和卷轴。由于在线构造，进料器／编程器／缓冲器系统100能灵活容纳具有最小变化的不同进料选项。在最佳方式下，进料器／编程器／缓冲器系统100具有输入进料机构，该输入进料机构是带状进料器。在图5中，进料器／编程器／缓冲器系统100显示了用于输入卷轴102和104的两个位置。
用输入卷轴104作为输入进料机构105的一个例子，携带未编程器件的传送带108具有覆盖带110，覆盖带110被剥去并存储起来以便在覆盖带机构112中进行处理。通过传送带108将未经编程的器件移动到构成输入进料机构105一部分的带内结构114中，在那里，抓放(PNP)转子116用抓放(PNP)头116A至116F拾起个别可编程器件。可以理解，PNP头的数量只是进料器／编程器／缓冲器系统100的设计问题。PNP转子116还能设计成使X和／或Z横越以改进抓起和放置。
抓起转子116逆时针方向旋转，从而将未编程生产移动到PNP头116A至116F能将未编程器件放在编程器转子118上的一个位置，编程器转子118具有多个与抓起转子PNP头116A至116F相对应的编程器头118A至118F，这又只是设计问题，编程器头和抓起转子头的数量可以是不同的。
编程器转子118顺时针旋转并在旋转的同时对器件编程。当编程完成时，放置转子120移走已编程器件，放置转子120具有与编程器转子PNP头118A至118F相对应的PNP头120A至120F，头的数量仍只是设计问题。编程器转子118还能设计成使X和／或Z横越以改进抓起和放置。
放置转子120从编程器转子PNP头118A至118F抓起可编程器件，同时以逆时针方向旋转，将好的已编程器件存放到输出缓冲机构121上。可以理解，放置转子120可以设计成使X和／或Z横越以改进抓起，并且作为输出缓冲机构121本身还能执行抓起已编程器件和在编程器转子118和装卸系统抓起点之间在X方向前后往复移动。
因此，抓起转子116和放置转子120可以看成是进料器／编程器／缓冲器系统100的装卸机构119部分。抓起转子116、编程器转子118和放置转子120也可以看成是编程机构115或编程及输出缓冲系统组合部分。
但在最佳方式下，放置转子120恰当地将输出缓冲机构121中的已编程器件定位成适用于机器人装卸系统40的正确取向以便将它们拾起来用于图2(现有技术)中印刷电路板群38，机器人装卸系统40是生产装配系统30的一部分。放置转子120将已编程器件放在横向输出缓冲传送带122上，缓冲传送带122在输出缓冲机构121中垂直轴上的辊子124和126上。输出缓冲传送带122在起边缘上可以有槽、袋或其他保持器例如真空保持器123(未示出)，这种保持器用轻度真空将已编程器件保持就位直至它们在抓起点被机器人装卸系统40拾起来。
从以上可以理解，本发明适用于所述的“微型器件”。微型器件包括大范围的电子和机械器件。最佳方式描述了对可编程器件进行编程的处理方法，这包括但不限于这样的器件，例如闪速存储器(闪速)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、可编程逻辑器件(PLD)、现场可编程门阵列(FPGA)以及微控制器。但是，本发明包括了所有需要测试、测量器件特性、校准以及其他处理操作的电子、机械、混合式和其他器件的处理方法。例如，这些类型的微型器件包括但不限于这样的器件，例如微处理器、集成电路(IC)、专用集成电路(ASIC)、微型机械装置、微型电子-机械(MEM)器件、微型模块和流体系统。
虽然已经结合优选实施例对本发明进行了描述，但是，应当知道，本领域的技术人员可以在不背离本发明的精神的条件下进行修改和变型，本发明的范围由权利要求书限定。本文和附图所述内容是解释性的而非限制性的。

Claims (10)

1．一种微型器件生产制造系统，包括：
生产装配线(30)，能提供准备结合处理后的微型器件的产品；
输入进料机构(55)，能提供未处理的微型器件；
处理机构(70)，能从输入进料机构(55)接收未处理的微型器件并对微型器件进行处理以生产处理后的微型器件；
输出缓冲机构(75)，能从处理机构(70)接收处理后的微型器件并按需要将处理后的微型器件提供给生产装配线(30)；以及
装卸系统(18)，能将处理后的微型器件从输出缓冲机构(75)中取出并将处理后的微型器件结合到产品中。
2．根据权利要求1所述的微型器件生产制造系统，其中：
生产装配线(30)以第一方向运动；以及
输入进料、处理和输出缓冲机构(55，70，75)排成一行，输入进料、处理和输出缓冲机构(55，70，75)与第一方向成直角。
3．根据权利要求1所述的微型器件生产制造系统，其中：
输入进料机构(55)能提供从一组包括托盘、盘堆积器、管、管堆积器和带及卷轴中选择的进料器中的未处理微型器件。
4．根据权利要求1所述的微型器件生产制造系统，其中：
处理机构(70)用从一组包括编程、校准、测试和测量中选择的处理方法对微型器件进行处理。
5．根据权利要求1所述的微型器件生产制造系统，其中：
处理机构(70)同时处理多个微型器件。
6．根据权利要求1所述的微型器件生产制造系统，其中：
处理机构(70)包括在处理后检测和丢弃出故障的微型器件的机构。
7．根据权利要求1所述的微型器件生产制造系统，其中：
装卸机构(65)，用于在直线方向上在输入进料、处理和输出缓冲机构(55，70，75)之间移动微型器件。
8．根据权利要求1所述的微型器件生产制造系统，其中：
输入进料、处理和输出缓冲机构(55，70，75)排成一行；且包括装卸机构(65)，利用旋转运动在排成一行的输入进料、处理和输出缓冲机构(55，70，75)之间移动微型器件。
9．根据权利要求1所述的微型器件生产制造系统，其中：
输出缓冲机构(75)能基本独立于输入进料机构(55)和处理机构(70)操作。
10．根据权利要求1所述的微型器件生产制造系统，其中：
输入进料、处理和输出缓冲机构(55，70，75)排成一行。
CNB001201204A 1999-10-15 2000-07-17 具有进料/编程/缓冲系统的制造系统 Expired - Lifetime CN1206898C (zh)

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