CN1296377A - 程序编制器系统 - Google Patents

Abstract

一种使用用于供料、编程及在电路板上放置微器件的微器件组装系统(30)包含能检拾与放置微器件在传送器系统上的电路板上的自动操纵系统。控制系统控制传送器系统及自动操纵系统(18)。输入供料器(14)供应微器件及编程系统(50)能编程在与输入供料器(14)平行的行中的插座(54)中的多个微器件。输入供料器(14)响应与控制系统的通信供给未编程的微器件,同时编程系统(50)编程微器件并对控制系统通信。自动操纵系统(18)响应编程系统与控制系统的通信高速检拾及放置经过编程的微器件在电路板上。

Description

程序编制器系统

本申请要求1999年11月10日提交的美国临时专利申请60/164，785的优选权。

本申请包含涉及George Leland Auderson、Robert EdwardCameron及Scott Allen Fern的名为“高速程序编制器系统”的共同未决美国专利申请的主题。该相关申请转让给Data I/O公司，并用代理人摘录号1015-003及美国申请号09/471，675标识的。

本申请还包含涉及Bryan D.Powell、George Leland Auderson、Lev M.Bolotin与Robin Edward Cameron的名为“程序编制器”的共同未决美国专利申请的主题。该相关申请转让给Data I/O公司，并用代理人摘录号1015-008及美国申请号09/471，634标识的。

本发明一般涉及电子制造系统，而更具体地涉及可编程器件程序编制器与系统。

过去，电子电路板组装的某些操作是离开主生产组装系执行的。虽然各种供料机与自动操纵系统将集成电路填充到电子电路板上，但诸如编程、测试、标定及测量等关于处理集成电路的操作是在分开的设备上的分开的区域中进行的，而不是综合在主生产组装系统中的。

例如，在编程诸如电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)与快速EEPROM等可编程器件中，使用分开的编程设备，它们通常位于与电路板组装系统分开的区域中。为什么要脱机进行编程有许多原因。

首先，编程设备是较大而笨重的。这是因为在程序编制器中的编程插座中需要高速而精确地插入及拆掉可编程的器件。由于插入及拆掉需要相对地长的高速移动及非常精确的定位，因此需要非常坚固的自动操纵设备。这一坚固性要求意味着各种部件必须是带有强大的结构支承件的较笨重的，以便高速运动的摘嵌与放置系统能维持结构完整性及精确定位。由于编程设备的大小及对于更大的组装设备的有限空间，将它们置于不同的区域中。

第二，单一高速生产组装系统有可能比在单一编程机构上编程器件更快地用完编程的器件。这需要若干编程系统，为了使生产组装系统具有储备的编程的器件，它们通常操作更长的时段。这意味着这两个系统之间的操作时间与输入要求是不同的。

第三，还没有人能建立可容易地与生产组装系统的机械与电子部分两者综合的单一系统。这些系统是复杂的并且通常需要大量昂贵的设计时间将其改变成包含附加设备。

在分开的区域中编程可编程的器件然后将编程后的器件送入生产组装区插入到电子电路板中的相关主要问题在于，难于具有不同区域中运行的两个分开的过程并在这两个分开的系统之间进行协调。通常生产组装系统会用完可编程的器件而不得不关闭整个生产组装系统。在其它时间上，可利用编程设备编程足够的编程器件的库存来保证不关闭生产组装系统；然而，这提高了库存成本。当必须改变编程而手上具有大量编程的集成电路库存时产生进一步的问题。在这一情况中，必须重新编程库存的可编程器件，而带来伴随的时间与金钱浪费。

虽然明显地希望有更好的系统，但没有真正能改进这一状况的方法。在改进的路上存在着若干明显地不可逾越的问题。

首先，当前生产组装系统的工作速度如此大地超过传统程序编制器的编程速度能力，使得程序编制器必须具有比传统系统可能设想的大得多的吞吐量。

第二，程序编制器不仅必须快于现有程序编制器，它也必须小得多。理想的系统要能集成到生产组装系统中，但不能干扰现有的生产组装系统或要求新的生产组装系统加长到超过没有该理想系统的长度。此外，大多数生产组装系统已填充或设计成填充有各种类型的供料与操纵模件，它们对任何附加设备提供有限的空间。

第三，任何与生产组装系统集成的程序编制器明显地还必须与用于通信及调度目的的生产系统软件的控制软件与电子器件接口。这会成为问题，因为生产组装系统软件不仅复杂，并且对于这些系统的制造商还是保密与/或专利的。这意味着该集成必须与制造商合作进行，他们不愿意只在为改进他们自己的系统的任何事情上化费设计精力，或者在程序编制器的控制软件上工作之前在理解制造商的软件上化费大量设计精力才能完成。

第四，程序编制器与生产设备之间的机械接口相对于生产组装系统的摘嵌与放置操纵设备放置编程的器件必须高度精确。

第五，有大量的生产操纵设备及生产制造设备的不同制造商。这意味着必须研究大量不同的生产组装系统配置及对不同的制造商在设计上需要较多的兼顾。

第六，理想的系统应允许在具有不同配置与大小的不同微器件之间快速地改变。

第七，理想的系统必须能接纳若干不同的微器件供料机构，其中包含带、管道与托盘供料器。

最后，要求能快速排斥在编程中故障的微器件。

所有上述问题似乎使有效的解决方法不可能。这在试图发明便携式、只用外部电与空气动力便能“插接与开动”操作、提供自动化编程与操纵并能将编程的可编程器件提供给自动化生产组装系统的完善的系统时尤其真实。

本发明提供可用于采用具有控制系统与自动操纵系统的组装系统的微器件的微器件处理系统。用于供应微器件的输入供料器操作时与能处理微器件的处理系统关联。输入供料器与处理系统能与控制系统通信。输入供料器响应与控制系统的通信以供应微器件，该处理系统处理这些微器件并与控制系统通信，以及自动操纵系统响应控制系统取微器件并将微器件放在组装系统上。这便提供了能快速连接在使用组装系统的微器件上并高速提供处理过的微器件的系统。

本发明还提供了用于使用具有控制系统与自动操纵系统的微器件组装系统的微器件组装系统编程系统。供给微器件的输入供料器操作时与能够编程微器件的编程系统关联。该输入供料器及编程系统能与控制系统通信。该输入供料器响应与控制系统的通信以供给微器件，该编程系统处理微器件并与控制系统通信，而自动操纵系统响应控制系统取微器件并将微器件放在组装系统上。这便提供了一种系统，它能快速地连接在使用组装系统的微器件上来提供高速处理过的微器件。

本发明还提供了使用用于供料、编程及将微器件放置在电路板上的组装系统的微器件。自动操纵系统能检拾微器件并将其放置在传送器系统上的电路板上。控制系统控制传送器系统及自动操纵系统。输入供料器在线性行中提供微器件而编程系统能编程插座中的多个微器件，这些插座是在与该线性行平行的行中的。输入供料器及编程系统能与控制系统通信。输入供料器响应与控制系统的通信以供给未编程的微器件，同时编程系统定位及编程多个微器件并与控制系统通信。自动操纵系统响应编程系统与控制系统的通信高速检拾与放置编程后的微器件在电路板上。

从下面结合附图所作的详细描述的阅读中，对于熟悉本技术的人员，本发明的上述及另外的优点将是显而易见的。

图1(现有技术)为现有技术编程系统的实例；

图2(现有技术)为现有技术的电子电路板生产线的实例，这是本发明的一部分；

图3为本发明的程序编制器的实施例的等角视图；

图4为本发明的程序编制器的另一实施例的等角视图；以及

图5示出本发明的又另一实施例系统。

参见图1(现有技术)，其中示出了诸如可编程电子器件的编程系统10等传统处理系统。编程系统10非常大并具有输入供料器14连接在其上面的刚性机架12。输入供料器14可以是传统的带与卷盘，它将未编程的器件提供给编程系统10。

能在X-Y-Z与θ坐标系(X与Y为水平运动，Z为垂直而θ为角)中运动的自动操纵系统18携带检拾与放置(PNP)头20，用于检拾未编程的器件并将它们移动到编程区22及将它们插入到编程系统10中的编程插座中(未示出)。

完成了编程时，自动操纵系统18将PNP头20移动到位将部件从编程插座中取出并将它们放入输出机构24中。如果可编程器件不能编程，自动操纵系统18及PNP头20便将有缺陷的器件放入报废料斗26中。

编程系统10自动地继续工作直到编程3输入供料器14中所有的好器件及传送给输出机构24为止。

参见图2(现有技术)，其中示出了包含使用组装系统31的微器件的生产组装系统30。生产组装系统30包含附加有诸如输入供料器34与36等各种输入供料器的供料器台32。当包含编程的器件时，来自图1(现有技术)的输出机构24的输出传动装置可用作输入供料器34中的输入传动装置。在图2(现有技术)中，示出为装有两个供料器34与36，其中各输入供料器34与36可包含相同或不同类型的可编程器件。输入供料器34与36可以是托盘、托盘堆垛机、管道、管道堆垛机、或者带与卷盘。

生产组装系统30具有带自动操纵系统40的支承机架37，自动操纵系统40能携带PNP头42，后者沿X-Y-Z-θ坐标系从输入供料器34与36中取器件并当它们沿安装在组装系统机架46的传送器48移动时将它们放置在诸如印刷电路板38等子组件上。输入供料器34与36位于偏离传送器48的运动方向上。

自动操纵系统40与传送器48是在计算机系统(未示出)上运行的软件程序的控制下。软件是能修改的以便使自动操纵系统40及传送器48受辅助设备的控制或提供输出来控制辅助设备。

参见图3，其中示出了本发明的程序编制器50，它可称作“垂直”一列式程序编制器。程序编制器50包含具有多个一列式可编程器件插座54的可替换的插座适配器52。插座适配器52具有厚度、宽度及大于宽度的深度。该多个插座54各延伸通过厚度，延伸跨越宽度，并与深度成一线且平行。

插座适配器52借助于替换具有不同大小插座的插座适配器而允许为不同大小的可编程器件量身定制。多个插座54的各个为通常保持单一尺寸的可编程器件的传统类型的插座。多个插座54中的插座数目为所希望的吞吐量或程序编制器50的应用的函数。在所示的模式中有四个插座54。

多个插座54可定位在水平延伸的底板60上。底板60具有厚度、宽度、及大于宽度的深度。底板60的大小近似地与插座适配器52的大小相同。宽度与深度限定具有配置成与可编程器件上的各种针脚接触的多个底板触点58的平坦表面。用底板连接器59将底板60连接在垂直延伸的针脚驱动器板62上，后者提供对较短的垂直延伸的控制器卡64的接口。控制器卡64具有厚度、宽度、与深度，其中的宽度与深度限定一个平坦表面。用诸如螺丝、胶粘、焊接等手段与诸如隔板66等隔板、机架等组合将底板60、针脚驱动器板62、及控制器卡64保持在互相固定的关系上。

控制器卡64带有微处理器、控制器与/或其它电路68，用于驱动及编程可编程器件。应指出底板60是水平的并连接在垂直延伸的针脚驱动器板62上，后者又水平连接在垂直的控制器卡64上，当控制器卡64的宽度小于针脚驱动器板62的宽度时，便形成了底板60悬臂在针脚驱动器板62与控制器卡64上方而正好在底板60下方留出空间69的结构。当希望诸如用于携带可编程的器件的带尽可能地靠近插座适配器52的平面通过且可以横向移动时，这一悬臂结构提供了独一无二的解决方案。此外，底板60只用增加深度便能成一线放置想多少有多少的插座54。

参见图4，其中示出了本发明的程序编制器56，它可描述为“水平”一列式程序编制器。其中的元件与图3中所示的程序编制器50所描述的相同，可应用相同的数字与描述。

多个插座54是一列式的并可定位在水平延伸的底板60上。用底板连接器59将底板60连接在水平延伸的针脚驱动器板62上，后者提供对水平延伸的控制器卡64的接口。应指出对于本发明的不同配置，只要宽度方向上空间允许，可对成一列的多个插座平行地增加另外的插座。

再者，用诸如螺丝、胶粘、焊接等手段与诸如隔板66等隔板、机架等将底板60、针脚驱动器板62及控制器卡64保持在互相固定的关系上。

这一布置允许将程序编制器56放置在垂直空间受限制的空间中或者用作独立应用的桌面系统。

参见图5，其中示出了程序编制器系统70的另一实施例。程序编制器系统70连接在生产组装系统30上，后者具有通过自动操纵系统40及PNP头42的自动操纵外壳72下方的传送器48。自动操纵外壳72限定可在其中用自动操纵系统40检拾与放置器件的区域。

程序编制器系统70为本发明的六个实施例，它们可以独立或一起使用，并包含程序编制器50。然而，应理解程序编制器系统70可通过修改使用其它程序编制器，对于熟悉本技术的人员这是显而易见的。将不同的程序编制器系统称为“邻居”系统75、“开放三明治”系统80、“封闭三明治”系统85、“列车”系统90、“供料器穿梭机”系统95及“短阵托盘堆垛器”系统100。除非另有说明，所示的程序编制器系统70使用带与卷盘输入供料器但也可使用托盘、托盘堆垛器、管道、管道堆垛器及它们的组合，而不脱离本发明的范围。在使用带与卷盘的实施例中，单个系统具有平行于传送器48的宽度、垂直于传送器48的深度、及垂直于宽度及深度的高度。

邻居系统75为便携式插接与开动系统，它包含邻接程序编制器50的诸如输入供料器34等输入供料器。来自输入供料器34的部件的检拾点及程序编制器50的多个插座54在生产组装系统30的自动操纵系统40的自动操纵外壳70下方。

邻居系统75包含三个单独系统：一个是输入供料器34、一个是程序编制器50而另一个是自动操纵系统40。输入供料器34与程序编制器50两者都与控制自动操纵系统40的控制系统通信。

通过令输入供料器34提供未编程的器件使邻居系统75操作。当未编程的可编程器件到位后，自动操纵系统40用其PNP头42检拾未编程的可编程器件并将其传送给程序编制器50。然后程序编制器50编程该可编程器件。当编程完成时，发送信号给自动操纵系统40取下编程过的可编程器件并将其放置在传送器48上的印刷电路板38上。当器件有缺陷而应放在报废区74中时，程序编制器50也发信号。基本上，输入供料器34及程序编制器50与自动操纵系统40之间的通信有助于本身容易地集成到组装系统30的软件/硬件系统中。例如，输入供料器34与自动操纵系统40之间的信号分别是“送进新的未编程的器件”及“未编程的器件已准备好供检拾”。程序编制器50与自动操纵系统40之间的信号也指示好的还是坏的可编程器件是在特定插座中。

开放三明治系统80包含在程序编制器50旁边的输入供料器34及操纵系统82，后者用于将未编程的可编程器件从输入供料器34移动到程序编制器50，然后取下已编程的可编程器件并将它们放回到输入供料器34中，从那里它们会被自动操纵系统40检拾。操纵系统82为用于将可编程器件水平及垂直移动通过复盖输入供料器34与程序编制器50的外壳的至少三轴操纵系统。

封闭三明治系统85具有一对输入供料器，诸如输入供料器34与36，将程序编制器50夹在它们之间。输入供料器34具有操纵系统86与输入供料器36。操纵系统86能在输入供料器34与36及程序编制器50之间操纵可编程器件并包含诸如小型传送带等传送机构88。

操作中，输入供料器34提供要被操纵系统86检拾及放置在传送机构88上的未编程的可编程器件。使用长的传送机构88，可同时或顺序地将若干可编程器件放置在位，供操纵系统86或操纵系统86的子单元同时检拾供同时放置在程序编制器50中。编程之后，操纵系统86或子单元同时检拾编程后的可编程器件并放置在输入供料器36中由供料器36移动到检拾点，由自动操纵系统40单个地或同时检拾。再一次只须将简单的信号发送到控制系统或由控制系统发送到输入供料器34。

列车系统90令输入供料器34与程序编制器50共线定位。操纵系统92在一个水平方向及一个垂直方向上将部件从输入供料器34移动到程序编制器50，而自动操纵系统40从程序编制器50取走编程后的可编程器件。在一些列车系统90中，希望带通过程序编制器50而且利用程序编制器50的空间69的悬臂配置对于这种列车系统90尤其可贵。然后自动操纵系统40将编程后的可编程器件从组装系统30的自动操纵外壳72下方的插座54中取出。

供料器穿梭器系统95令程序编制器50的插座54平行于传送器48的方向且在台32的外面。操纵系统96只通过在平行于传送器48的方向上移动便能从供料器穿棱区97中检拾未编程的可编程器件并在一个方向上垂直地将它们放在程序编制器50中。操纵系统96还从程序编制器50中取出编程后的可编程器件并将它们放在诸如小型传送带等传送机构98上，后者垂直于传送器48并在自动操纵外壳72下方在控制系统的控制下从自动操纵系统40检拾它们的地方将可编程的器件带走。

矩阵托盘堆垛器系统100令程序编制器50位于台32侧面且垂直于传送器48。它具有关联的操纵系统102，后者利用至少两个运动轴从矩阵托盘区103中检拾未编程的可编程器件并将它们放入程序编制器50中。操纵系统102还用第三运动轴检拾编程后的可编程器件并将它们放在诸如小型传送器等传送机构104上，供在控制系统的控制下在自动操纵外壳72下方传送到自动操纵系统40检拾它们的地方。

对于熟悉本技术的人员显而易见，在输入供料器34、程序编制器50、与生产组装系统30之间只需最少的通信。此外，如图中所示，多个程序编制器系统70是便携式的并位于紧邻输入供料器34处且可位于邻接生产组装系统30来缩短自动操纵移动并从而提高组合的系统70与30的吞吐量。

从上面也可理解，可将本发明应用于所谓的“微器件”上。微器件包含广范围的电子与机械器件。最佳模式描述了为可编程器件编程的处理，它们包含但不限于诸如快速存储器(Flash)、电可擦除可编程只读存储器(E²PROM)、可编程逻辑器件(PLD)、现场可编程门阵列(FPGA)、与微控制器等器件。然而，本发明包括所有电子、机械、混合、及需要测试、测定器件特征、定标及其它处理操作的其它器件。例如，这些类型的微器件可包含但不限于诸如微处理器、集成电路(IC)、应用专用集成电路(ASIC)、微型机械机器、微机电(MEM)器件、微模件与流体系统等器件。

虽然已结合特定最佳模式描述了本发明，应理解借助于上文的描述，许多替代、修改及变型对于熟悉本技术的人员是显而易见的。从而，旨在包含落入所含权利要求的精神与范围内的所有这些替代、修改及变型。这里所陈述或附图中所示出的所有事物都应解释为示例性而非限制性的。

Claims (10)

1．一种可用于利用具有控制系统及自动操纵系统[18]的组装系统[30]的微器件的微器件处理系统，包括：

用于供给微器件的输入供料器[14]；

能够处理微器件的处理系统[10]，该处理系统[10]邻接输入供料器[14]并可邻接该组装系统[30]放置；

输入供料器[14]及处理系统[10]能与控制系统通信，输入供料器[14]响应与控制系统的通信供给微器件，处理系统[10]能处理微器件并与控制系统通信，以及自动操纵系统[18]响应处理系统[10]与控制系统的通信取微器件并将微器件放置在组装系统[30]上。

2．如权利要求1的微器件处理系统，包括：

邻接输入供料器[14]及处理系统[10]的操纵系统[40]，操纵系统[40]能从输入供料器[14]移动微器件并将微器件放置在处理系统[10]上。

3．如权利要求2的微器件处理系统，其中：

该输入供料器[14]能在线性行中提供微器件；

处理系统[10]在处理期问能将多个微器件放置在线性行中，并且处理系统[10]的直线性行平行于输入供料器[14]的直线性行；以及

操纵系统[40]能将微器件从输入供料器[14]的直线行中移动到处理系统[10]的直线行中。

4．如权利要求3的微器件处理系统，其中：

输入供料器[14]及处理系统[10]是与处理系统(10)的直线行共线的输入供料器[14]的直线行共线的。

5．如权利要求3的微器件处理系统，包括：

与处理系统[10]操作上关联的传送机构[88]，用于在输入供料器[14]与自动操纵系统[18]之间移动微器件。

6．如权利要求5的微器件处理系统，其中：

传送机构[88]能在处理系统[10]与自动操纵系统[18]之间移动微器件。

7．如权利要求5的微器件处理系统，其中：

传送机构[88]能在垂直于处理系统[10]的直线行的直线行中移动微器件。

8．如权利要求5的微器件处理系统，其中：

该传送机构[88]能在输入供料器[14]与处理系统[10]之间移动微器件。

9．如权利要求6的微器件处理系统，包括：

第二输入供料器[14]，用于在处理系统[10]与自动操纵系统[18]之间移动微器件；

以及其中：

该操纵系统[40]能从传送机构[88]到处理系统[10]及从处理系统[10]到第二输入供料器[14]移动微器件。

10．如权利要求9的微器件处理系统，其中：

该操纵系统[40]能将微器件从输入供料器[14]移动到传送机构[88]。

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