DE60028494T2

DE60028494T2 - Herstellungssystem für Mikrokomponenten

Info

Publication number: DE60028494T2
Application number: DE60028494T
Authority: DE
Inventors: Lev M. Kirkland Bolotin
Original assignee: Data IO Corp
Current assignee: Chartoleaux KG LLC
Priority date: 1999-10-15
Filing date: 2000-06-28
Publication date: 2007-01-04
Anticipated expiration: 2020-06-29
Also published as: EP1093332A3; DE60028494D1; TW471243B; JP2004158033A; CN1206898C; EP1093332A2; JP2001113424A; BR0003607A; US6532395B1; EP1093332B1; JP3587769B2; CN1293536A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft im Allgemeinen ein Herstellungssystem für Elektronikprodukte und insbesondere die Herstellung von elektronischen Schaltkarten, die programmierbare integrierte Schaltkreise enthalten.
In der Vergangenheit wurden bestimmte Arbeitsgänge bei der Montage der elektronischen Schaltkarten außerhalb der Hauptproduktions-Montagelinien ausgeführt. Obwohl verschiedene Zuführungsmaschinen und Roboter-Handhabungssysteme die elektronischen Schaltkarten mit integrierten Schaltkreisen bestücken würden, werden die Arbeitsgänge, welche das Bearbeiten der integrierten Schaltkreise betreffen, wie z.B. Programmieren, Testen, Kalibrieren und Messen, in separaten Bereichen auf einer separaten Ausrüstung ausgeführt, statt in die Hauptproduktions-Montagelinien integriert zu werden.
Zum Beispiel wurde bei der Programmierung von programmierbaren Komponenten, wie z.B. der elektrisch löschbaren programmierbaren Festwertspeicher (EEPROM) und der Flash-EEPROM, eine separate Ausrüstung verwendet, die oft in einem von den Schaltkarten-Montagelinien getrennten Bereich angeordnet war. Es gab eine Anzahl von Gründen, warum das Programmieren offline ausgeführt wurde.
Erstens war die Programmierausrüstung vergleichsweise groß und sperrig. Das ergab sich aus der Notwendigkeit, die programmierbaren Komponenten bei hohen Geschwindigkeiten genau in die Programmiereranschlussbuchsen im Programmierer einzusetzen und aus ihnen zu entfernen. Da das Einsetzen und Entfernen vergleichsweise lange Querbewegungen bei der hohen Geschwindigkeit und der sehr genauen Positionierung erforderte, wurde eine sehr steife Roboter-Handhabungsausrüstung benötigt. Diese Steifigkeitsanforderung bedeutete, dass die verschiedenen Komponenten vergleichsweise massiv zu sein hatten mit strukturell starken Stützbauteilen, um die strukturelle Integrität und die Genauigkeit des Positionierens des Aufnehm- und Absetzsystems, das sich mit hohen Geschwindigkeiten bewegt, aufrechtzuerhalten. Wegen der Größe der Programmierausrüstung und des begrenzten Platzes für die sogar noch größere Montageausrüstung wurden sie in unterschiedlichen Bereichen angeordnet.
Zweitens könnte ein einzelnes Hochgeschwindigkeits-Produktionsmontagesystem die programmierten Komponenten schneller aufbrauchen, als sie auf einem einzigen Programmiermechanismus programmiert werden können. Das erforderte eine Anzahl von Programmiersystemen, welche im Allgemeinen für längere Zeiträume betrieben wurden, um über eine Reserve an programmierten Komponenten für die Produktions-Montagesysteme zu verfügen. Das bedeutete, dass sich die Betriebszeiten und die Eingabeanforderungen zwischen den beiden Systemen unterschieden.
Drittens war niemand in der Lage, ein einziges System aufzubauen, das ohne Umstände sowohl mit den mechanischen als auch mit den elektronischen Teilbereichen der Produktions-Montagesysteme integriert werden konnte. Diese Systeme sind komplex und erfordern im Allgemeinen eine Menge kostspieliger Ingenieurarbeitszeit, um Änderungen zum Einbeziehen zusätzlicher Ausrüstungen auszuführen.
Ein größeres Problem, das damit verbunden ist, die programmierbaren Komponenten in einem separaten Bereich zu programmieren und die programmierten Komponenten dann in den Produktions-Montagebereich zu bringen, um in die elektronischen Schaltkarten eingesetzt zu werden, bestand in der Schwierigkeit, zwei separate Prozesse in unterschiedlichen Bereichen ablaufen zu lassen und zwischen den beiden separaten Systemen zu koordinieren. Oft würden der Produktions-Montagelinie die programmierbaren Komponenten ausgehen, und die gesamte Produktions-Montagelinie würde abzuschalten sein. Ein anderes Mal würde die Programmierausrüstung verwendet werden, um einen ausreichenden Bestand von programmierten Komponenten zu programmieren, um sicherzustellen, das die Produktions-Montagelinie nicht abzuschalten ist; damit wurden jedoch die Lagerhaltungskosten erhöht. Weitere Probleme wurden erzeugt, wenn das Programmieren verändert werden musste und ein großer Bestand an programmierten integrierten Schaltkreisen vorrätig war. In dieser Situation würde der Bestand an programmierbaren Komponenten umzuprogrammieren sein, was mit einer Vergeudung an Zeit und Geld verbunden ist.
Obwohl es offensichtlich war, dass ein besseres System wünschenswert wäre, schien es keinen Weg zu geben, die Situation wirklich zu verbessern. Es gab eine Anzahl von offenbar unüberwindlichen Problemen, die einer Verbesserung im Wege standen.
Erstens lagen die Betriebsgeschwindigkeiten der gängigen Produktions-Montagelinien so weit über dem Programmiergeschwindigkeitsvermögen herkömmlicher Programmierer, dass der Programmierer eine weit größere Durchlaufleistung haben müsste, als mit den herkömmlichen Systemen denkbar war.
Zweitens müsste der Programmierer nicht nur schneller sein als die existierenden Programmierer, sondern sie müssten auch weit kleiner sein. Das ideale System würde sich nicht nur in eine Produktions-Montagelinie eingliedern, sondern dabei weder eine existierende Produktions-Montagelinie stören noch die Verlängerung einer neuen Produktions-Montagelinie über die Länge hinaus erfordern, die sie ohne das ideale System hat. Außerdem waren die meisten dieser Produktions-Montagelinien bereits besetzt mit verschiedenen Typen von Zuführungs- und Handhabungsmodulen, welche für beliebige zusätzliche Ausrüstungen einen beschränkten Platz ließen, oder das Besetzen war vorgesehen.
Drittens würde ein beliebiger Programmierer, der in die Produktions-Montagelinie integriert ist, zum Zwecke der Kommunikation und Zeitablaufplanung offensichtlich auch an die Steuerungssoftware und die Elektronik der Produktionssystemsoftware anzuschließen sein. Das würde problematisch sein, weil die Systemsoftware der Produktions-Montagelinie nicht nur komplex war, sondern auch vertraulich und/oder das Eigentum der Hersteller dieser Systeme. Das bedeutete, dass die Integration unter Mitwirkung der Hersteller ausgeführt werden musste, die abgeneigt waren, einen technischen Aufwand für etwas anderes außer dem Verbessern ihrer eigenen Systeme zu treiben, oder es musste vor dem Arbeiten an der Steuerungssoftware des Programmierers ein großer technischer Aufwand getrieben werden, um die Software der Hersteller zu verstehen.
Viertens musste die mechanische Schnittstelle zwischen einem Programmierer und der Produktionsausrüstung hoch genau sein für das Anbringen der programmierten Komponenten bezüglich der Aufnehm- und Absetz-Handhabungsausrüstungen des Produktions-Montagesystems.
Fünftens gibt es eine große Zahl verschiedener Hersteller sowohl von Produktions-Handhabungsausrüstungen als auch von Produktions-Fertigungsausrüstungen. Das bedeutet, dass eine große Zahl unterschiedlicher Konfigurationen von Produktions-Montagelinien untersucht werden müsste und für die verschiedenen Hersteller größere Kompromisse in der Bauform erforderlich wären.
Sechstens würde das ideale System einen schnellen Wechsel zwischen verschiedenen Mikrokomponenten erlauben, die unterschiedliche Konfigurationen und Größen aufweisen.
Siebentens müsste das ideale System in der Lage sein, eine Anzahl unterschiedlicher Mikrokomponenten-Zuführungsmechanismen, einschließlich von Band-, Rohr- und Tablettzuführungsvorrichtungen, aufzunehmen.
Schließlich wurde die Fähigkeit benötigt, umgehend die Mikrokomponenten zurückzuweisen, die während der Programmierung ausgefallen waren.
All die obigen Probleme schienen eine effektive Lösung unmöglich zu machen. Das war insbesondere dann richtig, wenn versucht wurde, ein umfassendes System zu entwickeln, das transportfähig ist, einen „Einsteck-und-Start"-Betrieb nur mit einer externen elektrischen und einer Druckluft-Leistung erlaubt, eine automatisierte Programmierung und Handhabung gewährleistet und in der Lage ist, die programmierten programmierbaren Komponenten einer automatisierten Produktions-Montagelinie zu übergeben.
In EP-A-0 517 439 wird ein Komponenten-Herstellungssystem offenbart, dass eine Roboterstruktur verwendet, um jede ausgewählte und ausgerichtete Komponente in Echtzeit elektrisch zu konfigurieren und zu programmieren und um jede Komponente an einem vorgegebenen Schaltkartenplatz zu installieren.
Die vorliegende Erfindung schafft ein Mikrokomponenten-Herstellungssystem, welches eine Produktions-Montagelinie mit einem Zuführungs/Bearbeitungs/Speicher-System enthält. Das Zuführungs/Bearbeitungs/Speicher-System weist auf: einen flexiblen Zuführungsmechanismus für das Aufnehmen von Mikrokomponenten in einer Anzahl unterschiedlicher Verfahren, einen Bearbeitungsmechanismus, um bei einer hohen Geschwindigkeitsrate eine Bearbeitungsschritt an den Mikrokomponenten auszuführen, und einen Ausgabe-Speichermechanismus, um die bearbeiteten Mikrokomponenten der Produktions-Montagelinie fortlaufend bereitzustellen. Das System löst im Wesentlichen all die Probleme, mit denen derartige Systeme zuvor konfrontiert waren.
Die vorliegende Erfindung schafft ferner ein Zuführungs/Bearbeitungs/Speicher-System, das aufweist: einen flexiblen Zuführungsmechanismus für das Aufnehmen einer Vielzahl von Mikrokomponenten, einen Bearbeitungsmechanismus für das Ausführen eines Bearbeitungsschrittes an den Mikrokomponenten und einen Ausgabe-Speichermechanismus, um die bearbeiteten Mikrokomponenten der Produktions-Montagelinie bereitzustellen. Das System löst im Wesentlichen all die Probleme, mit denen derartige Systeme zuvor konfrontiert waren.
Die vorliegende Erfindung schafft ferner ein Zuführungs/Bearbeitungs/Speicher-System, in welchem ein Eingabe-Zuführungsmechanismus für das Aufnehmen von Mikrokomponenten, ein Bearbeitungsmechanismus für das Ausführen des Bearbeitungsschrittes an den Mikrokomponenten und ein Ausgabe-Speichermechanismus für das Bereitstellen der bearbeiteten Mikrokomponenten für die Produktions-Montagelinie lineare Arbeitsgänge ausnutzen, um die Konstruktion zu vereinfachen. Das System löst im Wesentlichen all die Probleme, mit denen derartige Systeme zuvor konfrontiert waren.
Die vorliegende Erfindung schafft ferner ein Zuführungs/Bearbeitungs/Speicher-System, in welchem eine reduzierte Zahl von Komponenten, die einen Eingabe-Zuführungsmechanismus für das Aufnehmen von Mikrokomponenten, einen Bearbeitungsmechanismus für das Ausführen des Bearbeitungsschrittes an den Mikrokomponenten und einen Ausgabe-Speichermechanismus zum Bereitstellen der bearbeiteten Mikrokomponenten für die Produktions-Montagelinie umfassen, aneinander gereiht werden und die hauptsächlich einen Freiheitsgrad aufweisen, um die Geschwindigkeit und Produktivität zu erhöhen. Das System löst im Wesentlichen all die Probleme, mit denen derartige Systeme zuvor konfrontiert waren.
Die vorliegende Erfindung schafft ferner ein Zuführungs/Bearbeitungs/Speicher-System, in welchem ein Eingabe-Zuführungsmechanismus für das Aufnehmen von Mikrokomponenten, ein Bearbeitungsmechanismus für das Ausführen des Bearbeitungsschrittes an den Mikrokomponenten und ein Ausgabe-Speichermechanismus für das Bereitstellen der bearbeiteten Mikrokomponenten für die Produktions-Montagelinie lineare Arbeitsgänge ausnutzen, um die Konstruktion zu vereinfachen. Das System löst im Wesentlichen all die Probleme, mit denen derartige Systeme zuvor konfrontiert waren.
Die vorliegende Erfindung schafft ferner ein Schaltkarten-Fertigungssystem, welches eine Schaltkarten-Montagelinie mit einem Zuführungs/Bearbeitungs/Speicher-System einschließt. Das Zuführungs/Bearbeitungs/Speicher-System weist auf: einen flexiblen Zuführungsmechanismus für das Aufnehmen nicht programmierter Komponenten in einer Anzahl unterschiedlicher Verfahren, einen Programmiermechanismus, um bei einer hohen Geschwindigkeitsrate einen Programmierschritt an den nicht programmierten Komponenten auszuführen, und einen Ausgabe-Speichermechanismus, um die programmierten Komponenten der Schaltkarten-Montagelinie fortlaufend bereitzustellen. Das System löst im Wesentlichen all die Probleme, mit denen derartige Systeme zuvor konfrontiert waren.
Die vorliegende Erfindung schafft ferner ein Zuführungs/Bearbeitungs/Speicher-System, das aufweist: einen flexiblen Zuführungsmechanismus für das Aufnehmen einer Vielzahl von nicht programmierten Komponenten, einen Programmiermechanismus für das Ausführen eines Programmierschrittes an der nicht programmierten Komponente und einen Ausgabe-Speichermechanismus, um die programmierten Komponenten einer Schaltkarten-Montagelinie bereitzustellen. Das System löst im Wesentlichen all die Probleme, mit denen derartige Systeme zuvor konfrontiert waren.
Die vorliegende Erfindung schafft ferner ein Zuführungs/Bearbeitungs/Speicher-System, in dem ein Eingabe-Zuführungsmechanismus für das Aufnehmen nicht programmierter Komponenten, ein Programmiermechanismus für das Ausführen eines Programmierschrittes an den nicht programmierten integrierten Schaltkreisen und ein Ausgabe-Speichermechanismus zur Bereitstellung der programmierten Komponenten für eine Schaltkarten-Montagelinie lineare Arbeitsgänge ausnutzen, um die Systemgröße zu minimieren. Das System löst im Wesentlichen all die Probleme, mit denen derartige Systeme zuvor konfrontiert waren.
Die vorliegende Erfindung schafft ferner ein Zuführungs/Bearbeitungs/Speicher-System, in dem ein Eingabe-Zuführungsmechanismus für das Aufnehmen nicht programmierter Komponenten, ein Programmiermechanismus für das Ausführen eines Programmierschrittes an den nicht programmierten Komponenten und ein Ausgabe-Speichermechanismus zum Bereitstellen der programmierten Komponenten für eine Schaltkarten-Montagelinie Rotationsarbeitsgänge ausnutzen, um die Maschinenvibration zu minimieren. Das System löst im Wesentlichen all die Probleme, mit denen derartige Systeme zuvor konfrontiert waren.
Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung, um die obengenannte Zielstellung zu erreichen, und vorteilhafte Ausführungsformen sowie Merkmale dazu werden in dem angefügten unabhängigen Anspruch sowie den Unteransprüchen dargelegt.
Die obigen und weitere Vorzüge der vorliegenden Erfindung werden Fachleuten beim Lesen der ausführlichen Beschreibung ersichtlich, wenn sie im Zusammenhang mit den beigefügten Zeichnungen gesehen wird.
1 (STAND DER TECHNIK) ist ein Beispiel eines Programmiersystems vom Stand der Technik;
2 (STAND DER TECHNIK) ist ein Beispiel einer Fertigungslinie von elektronischen Schaltkarten vom Stand der Technik, das ein Teil der vorliegenden Erfindung ist;
3 ist eine Seitenansicht eines Zuführungs/Programmier/Speicher-Systems der vorliegenden Erfindung;
4 ist Draufsicht zu 3 längs der Geraden 4 - – 4 genommen;
5 ist eine Seitenansicht einer alternativen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und
6 ist eine weitere alternative Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Es wird nun auf die 1 (STAND DER TECHNIK) Bezug genommen, in der ein herkömmliches Operationssystem, wie zum Beispiel ein Programmiersystem 10 für programmierbare elektronische Komponenten, dargestellt ist. Das Programmiersystem 10 wird als ein Beispiel verwendet. Das Programmiersystem 10 ist überaus groß und weist einen starren Rahmen 12 auf, an dem eine Eingabe-Zuführungsvorrichtung 14 angebracht ist. Die Eingabe-Zuführungsvorrichtung 14 kann ein Tablett, Tablettstapler, Rohr, Rohrstapler oder ein Band und eine Spule sein, welche die nicht programmierten Komponenten dem Programmiersystem 10 zuführen.
Ein Roboter-Handhabungssystem 18, das in der Lage ist, sich in einem Koordinatensystem X-Y-Z- und θ zu bewegen ((wobei X und Y horizontale Bewegungen, Z eine vertikale Bewegung und θ eine Winkelbewegung ist), führt einen Aufnehm- und Absetz-Kopf (PNP, pick-and-place) 20 mit sich, um die nicht programmierten Komponenten aufzunehmen und sie in einen Programmierbereich 22 zu bewegen und sie in die (nicht dargestellten) Programmiereranschlussbuchsen im Programmiersystem 10 einzusetzen.
Ist das Programmieren abgeschlossen, dann bewegt das Roboter-Handhabungssystem 18 den PNP-Kopf 20 an die Stelle, um die Teile aus den Programmiereranschlussbuchsen zu entfernen und sie in einen Ausgabemechanismus 24 zu setzen. Konnten die programmierbaren Komponenten nicht programmiert werden, dann legen das Roboter-Handhabungssystem 18 und der PNP-Kopf 20 die fehlerhafte Komponente in einem Ausschussbehälter 26 ab.
Das Programmiersystem 10 setzt seine Arbeit automatisch so lange fort, bis alle guten Komponenten in dem Eingabemechanismus 14 programmiert und dem Ausgabemechanismus 24 übergeben sind.
Es wird nun auf 2 (STAND DER TECHNIK) Bezug genommen, in der ein Produktions-Montagesystem 30 dargestellt ist, welches eine Montagelinie 31 enthält. Das Produktions-Montagesystem 30 enthält einen Zuführungstisch 32, an dem verschiedene Eingabe-Zuführungsvorrichtungen, wie z.B. die Eingabe-Zuführungsvorrichtungen 34, angebracht sind. Wenn programmierte Komponenten betroffen sind, dann würde als Eingabe-Zuführungsvorrichtung 34 der Ausgabemechanismus 24 von 1 (STAND DER TECHNIK) verwendet werden. In 2 (STAND DER TECHNIK) ist dargestellt, dass zwei Zuführungsvorrichtungen 34 und 36 installiert sind, wobei jede der Eingabe-Zuführungsvorrichtungen 34 und 36 verschiedene Typen von programmierbaren Komponenten enthalten könnte. Die Eingabe-Zuführungsvorrichtungen 34 und 36 können Tabletts, Tablettstapler, Rohre, Rohrstapler oder Bänder und Spulen sein.
Das Produktions-Montagesystem 30 weist einen Stützrahmen 37 auf, der ein Roboter-Handhabungssystem 40 trägt, welches in der Lage ist, einen PNP-Kopf 42 entlang eines X-Y-Zθ-Koordinatensystems zu führen, um Komponenten von den Eingabe-Zuführungsvorrichtungen 34 und 36 aufzunehmen und sie auf den gedruckten Schaltkarten 38 abzusetzen, wenn sie entlang eines Bandförderers 48 bewegt werden, der in dem Montagelinienrahmen 46 eingebaut ist. Die Eingabe-Zuführungsvorrichtungen 34 und 36 sind vom der Bewegungsrichtung des Bandförderers 48 aus versetzt angeordnet.
Es wird nun auf 3 Bezug genommen, in der eine Ausführungsform eines Teils der vorliegenden Erfindung, eines Zuführungs/Programmier/Speicher-Systems 50, dargestellt ist, das ein linieninternes lineares Operationssystem ist und das auf denselben Platz in der Produktions-Montagelinie 30 passt wie eine der Eingabe-Zuführungsvorrichtungen 34 oder 36. Die Fähigkeit, das Zuführungs/Programmier/Speicher-System 50 in annähernd denselben Raum und Ort einzupassen wie eine Zuführungsvorrichtung, liefert ein neues Produktions-Montagesystem, das zu einem vereinfachten, dauerhaften Hochgeschwindigkeitsbearbeitungs- und -montagebetrieb in der Lage ist.
Es kann eine Anzahl unterschiedlicher Eingabemechanismen verwendet werden, um das Eingabe-ZuführungslProgrammier/Speicher-System 50 zu beschicken, einschließlich eines Rohres, Rohrstaplers, Tabletts, Tablettstaplers oder eines Bandes und einer Spule, wie sie in den Systemen vom Stand der Technik verwendet werden. Wegen des linieninternen Aufbaus ist das Zuführungs/Programmier/Speicher-System 50 in der Lage, die verschiedenen Zuführungsmöglichkeiten mit minimalen Veränderungen flexibel unterzubringen. In der besten Betriebsform weist das Zuführungs/Programmier/Speicher-System 50 einen Eingabemechanismus auf, der eine Band- und Spulen-Zuführungsvorrichtung ist. Die Spule könnte an einer Anzahl unterschiedlicher Orte platziert werden, so Z.B. unter dem Zuführungs/Programmier/Speicher-System 50, was durch eine Eingabespule 52 angezeigt ist, vorn, was durch eine Eingabespule 54 angezeigt ist, oder völlig abgetrennt vom Zuführungs/Programmier/Speicher-System 50 (nicht dargestellt).Ist die Eingabespule 52 oder 54 Teil des Zuführungs/Programmier/Speicher-Systems 50, dann wird sie an einem Rahmen 56 gelagert, um eine Rotation der Eingabespulen 52 oder 54 in einer Uhrzeigerrichtung, wie in 3 gezeigt ist, durch einen (nicht dargestellten) Antriebsmechanismus zu erlauben, der ein Motor oder ein Antriebsriemen von einem weiteren Motor sein könnte, wie nachfolgend beschrieben wird.
Unter Verwendung der Eingabespule 54 als ein Beispiel für einen Eingabe-Zuführungsmechanismus 55 werden die nicht programmierten Komponenten zwischen einem Trägerband 58 und einem Deckband 60 eingegeben. Das Trägerband 58 weist eine Vielzahl von kleinen Taschen für das Aufnehmen der nicht programmierten Komponenten oder der nicht richtig programmierten Komponenten auf, wenn eine Umprogrammierung auszuführen ist.
In der ersten Stufe wird das Deckband 60 abgelöst und einem Deckband-Mechanismus 62 zugeführt, welcher die Entsorgung des Deckbandes 60 vornimmt, indem er es für eine spätere Beseitigung oder Entsorgung auf eine Aufnahmespule wickelt oder vernichtet. Der Deckband-Mechanismus 62 übt eine Zugkraft auf das Deckband 60 aus, um sicherzustellen, dass es vom Trägerband 58 abgelöst wird. Das Ablösen des Deckbandes 60 legt die nicht programmierten Komponenten auf dem Trägerband 58 frei.
Ein Einteiler oder Bandeinlaufmechanismus 64, der Teil des Eingabe-Zuführungsmechanismus 55 ist, enthält ein durch einen Motor angetriebenes Antriebsrad (nicht dargestellt), welches den zuvor beschriebenen Antriebsriemen zum Drehen der Eingangsspule 52 oder 54 einschließen kann, um dazu beizutragen, dass das Trägerband 58 von der Eingangsspule 52 oder 54 abgezogen und die nicht programmierten Komponenten einem Handhabungsmechanismus 65 zugeführt werden, welcher einen PNP-Kopf 66 in einem Roboter-Handhabungssystem 69 umfasst.
Um ein elegant einfaches System zu haben, ist das Zuführungs/Programmier/Speicher-System 50 ein lineares Operationssystem, und das Roboter-Handhabungssystem 69 braucht nur für eine X-Achsen-Bewegung zurück und vorwärts längs der linieninternen Länge zu sorgen. Der PNP-Kopf 66 enthält einen oder mehrere individuelle Aufnehmmechanismen oder Fühler 67, die eine vertikale oder Z-Achsen-Bewegung für das Aufnehmen der programmierbaren Komponenten bereitstellen. Dieser linieninterne lineare Ansatz vereinfacht den Gesamtbetrieb des Zuführungs/Programmier/Speicher-Systems 50 beträchtlich und verringert die Gesamtgröße, so dass die Zuführung/Programmierung/Speicherung 50 dem gewünschten Minimalraumprofil entsprechen kann.
Um die Durchlaufleistung zu optimieren, weist der PNP-Kopf 66 eine Reihe von Fühlern 67 auf, um nacheinander eine Vielzahl von nicht programmierten Komponenten aufzunehmen. Die Anzahl der zugleich aufgenommenen nicht programmierten Komponenten ist eine Funktion der Geschwindigkeit des Zuführungs/Programmier/Speicher-Systems 50. Je mehr nicht programmierte Komponenten in einem einzelnen Arbeitsgang programmiert werden, desto größer ist die Durchlaufleistung, aber um so größer ist das Zuführungs/Programmier/Speicher-System 50. Es könnten mehrere nicht programmierte Komponenten gleichzeitig aufgenommen werden, wenn sich der Mittenabstand der Mikrokomponenten als Eingabe nicht verändert, aber in der bevorzugten Ausführungsform werden vier nicht programmierte Komponenten nacheinander aufgenommen.
Der PNP-Kopf 66 könnte auch ein Kennzeichnungsglied 68, wie z.B. einen Stempel oder einen Farbstift, zum Kennzeichnen der Komponenten umfassen, um die Fertigungslose oder die verwendete Zuführung/Programmierung/Speicherung anzuzeigen. Es ist offensichtlich, dass die Anordnung des Kennzeichnungsgliedes eine Frage der Konstruktion ist.
Es wird kurz auf 4 Bezug genommen, in der eine Draufsicht zu 3 längs der Geraden 4 -– 4 dargestellt ist. Alle die gleichen Elemente wie in 3 sind durch dieselben Begriffe und Ziffern wie in 3 gekennzeichnet. Von besonderem Interesse in 4 ist ein Programmiermechanismus 70, der die Orte von vier Programmiereranschlussbuchsen 70A bis 70D und den Aufnahmebereich 80 am hinteren Ende des Zuführungs-Bandförderers 74 aufzeigt.
Es wird nun erneut auf 3 Bezug genommen, in der eine Seitenansicht des Programmiermechanismus 70 dargestellt ist. Nachdem die Vielzahl der nicht programmierten Komponenten aufgenommen worden ist, werden sie durch das Roboter-Handhabungssystem 69 über den Programmiermechanismus 70 bewegt, der eine Vielzahl von Programmiereranschlussbuchsen 70A bis 70D aufweist, in welche die nicht programmierten Komponenten nacheinander platziert werden, indem sie durch die Fühler 67 des PNP-Kopfes 66 eingesetzt oder abgesenkt werden. Wenn der Mittenabstand der Mikrokomponenten unveränderlich ist, könnte wieder ein gleichzeitiges Absetzen ausgeführt werden.
Die nicht programmierten Komponenten werden dann durch den Programmiermechanismus 70 programmiert. Das gleichzeitige Programmieren kann gerade dadurch ausgeführt werden, dass die Vielzahl von Anschlussbuchsen parallel geschaltet ist. Das aufeinanderfolgende Programmieren kann dadurch ausgeführt werden, dass die Vielzahl von Anschlussbuchsen einzeln oder auf einem Serienbus geschaltet ist. Das vervielfacht die Durchlaufleistung der vorliegenden Erfindung um einen Faktor, der gleich der Vielzahl von·programmierbaren Komponenten ist, die über die Programmiermechanismen vom Stand der Technik programmiert werden. Ein zusätzliches Merkmal in dem Programmiermechanismus 70 ist die Fähigkeit für den Nachweis, wenn eine Komponente nicht programmiert werden kann, weil die Bearbeitung versagt hat oder weil sie "schlecht" ist.
Nach dem Programmieren können die programmierten Komponenten durch eine Anzahl unterschiedlicher Verfahren aus den Anschlussbuchsen herausgenommen werden, aber am besten ist es, wenn der PNP-Kopf 66 des Handhabungssystems 65 das Aufnehmen nacheinander ausführt. Wenn der Mittenabstand der Mikrokomponenten unveränderlich ist, könnte wieder ein gleichzeitiges Herausnehmen ausgeführt werden.
Der PNP-Kopf 66 bewegt die schlechten programmierbaren Komponenten und legt sie in einem in einem Ausschussbehälter 72 ab, und die gut programmierten Komponenten legt er in einen Ausgabe-Speichermechanismus 75, der einen Speicher-Bandförderer 76 umfasst, welcher auf Rollen 77 und 78 ruht. Der Speicher-Bandförderer 76 ist ausgestattet mit Einrichtungen, wie z.B. Einkerbungen, Taschen oder anderen Haltern, vertreten durch die Taschen 79 (nur eine dargestellt), um die programmierbaren Komponenten am Platze zu halten.
Der Speicherbandförderer 76 bewegt die programmierbaren Komponenten zum Aufnahmebereich 80 hin, von dem aus das Roboter-Handhabungssystem, das ein Teil der Produktions-Montagelinie 30 ist und das durch die Phantomlinie in 3 angedeutet und in 2 (STAND DER TECHNIK) dargestellt ist, sie zum Bestücken der gedruckten Schaltkarten aufnimmt. Der Speicherbandförderer 76 kann beschleunigt oder verlangsamt werden, um an die Rate angepasst zu werden, mit welcher die programmierten Komponenten durch das Produktions-Montagesystem benötigt werden, und er stellt so eine Reserve, oder einen Speicher, programmierter Komponenten bereit. Der Ausgabe-Speichermechanismus 75 kann bei Geschwindigkeiten arbeiten, die sich vom Rest des Systems unterscheiden, da er tatsächlich vom Rest des Systems abgekoppelt ist, und er kann programmierte Komponenten auf Anforderung bereitstellen. Das erzeugt eine innovative, neue Kombination eines programmierten Produktfertigungssystems, welches das Zuführungs/Programmier/Speicher-System 50 und das Produktions-Montagesystem 30 umfasst.
Es sollte angemerkt werden, dass die Programmierung derart ausgeführt werden könnte, dass das Roboter-Handhabungssystem 69 und der PNP-Kopf 66 fortlaufend tätig sind, um Komponenten aufzunehmen und abzusetzen, während die anderen nicht programmierten Komponenten durch den Programmiermechanismus 70 gerade programmiert werden. In der besten Betriebsform überquert der PNP-Kopf 66 den Aufnahmebereich des Bandeinlaufmechanismus 64, nimmt vier nacheinander programmierbare Komponenten auf, setzt sie nacheinander in die Anschlussbuchsen 70A bis 70D im Programmmmechanismus 70 ein und wartet, bis die Programmierung abgeschlossen ist. Dann nimmt er die programmierbaren Komponenten aus den Anschlussbuchsen 70A bis 70D heraus und legt die schlechten Stücke in den Ausschussbehälter 72 und die guten Stücke auf den Speicherbandförderer 76, der sich hinreichend bewegt, um ein aufeinanderfolgendes Ablegen der programmierten Komponenten zu erlauben. Der PNP-Kopf 66 überquert dann wieder den Bandeinlaufmechanismus 64, um vier neue programmierbare Komponenten aufzunehmen.
Das Trägerband 58 wird durch das Zuführungs/Programmier/Speicher-System 50 abgelegt. Es sollte verständlich sein, dass sich das Trägerband 58 mit einer anderen Geschwindigkeit bewegt als der Speicherbandförderer 76, da die beiden Teile nicht miteinander gekoppelt sind. Zusätzlich zur Speicherfunktion liegt die Ursache dafür darin, dass es regelmäßig beanstandete programmierbare Komponenten gibt, was bedeutet, dass die Eingabezuführung schneller sein muss als die Ausgabezuführung.
Es wird nun auf 5 Bezug genommen, in der eine alternative Ausführungsform eines Teilbereichs der vorliegenden Erfindung dargestellt ist, nämlich ein Zuführungs/Programmier/Speicher-System 100, welches ein linieninternes Rotationsbearbeitungssystem ist, das auf denselben Platz in dem Produktions-Montagesystem 30 von 2 passt wie eine der Eingabe-Zuführungsvorrichtungen 34 oder 36. Die Fähigkeit, das Zuführungs/Programmier/Speicher-System 100 in denselben Raum und Ort einzupassen wie eine Zuführungsvorrichtung, liefert ein neues Produktions-Montagesystem, das zu einem vereinfachten, dauerhaften Hochgeschwindigkeitsbearbeitungs- und -montagebetrieb in der Lage ist.
Genau wie in dem Zuführungs/Programmier/Speicher-System 50 kann eine Anzahl unterschiedlicher Eingabemechanismen verwendet werden, um das Eingabe-Zuführungs/ProgrammierlSpeicher-System 100 zu beschicken, einschließlich eines Rohres, Rohrstaplers, Tabletts, Tablettstaplers oder eines Bandes und einer Spule. Wegen des linieninternen Aufbaus ist das Zuführungs/Programmier/Speicher-System 100 in der Lage, die verschiedenen Zuführungsmöglichkeiten mit minimalen Veränderungen flexibel unterzubringen. In der besten Betriebsform weist das Zuführungs/Programmier/Speicher-System 100 einen Eingabemechanismus auf, der eine Band-Zuführungsvorrichtung ist. Das Zuführungs/Programmier/Speicher-System 100 weist in 5 zwei Lagen für die Eingabespulen 102 und 104 auf.
Wird als ein Beispiel eines Eingabe-Zuführungsmechanismus 105 die Eingabespule 104 eingesetzt, dann weist ein Trägerband 108, das die nicht programmierten Komponenten mit sich führt, ein Deckband 110 auf, das abgelöst wird und zur Entsorgung in einem Deckband-Mechanismus 112 gespeichert wird. Die nicht programmierten Komponenten werden durch das Trägerband 108 in einen Bandeinlaufmechanismus 114 bewegt, welcher Teil eines Eingabe-Zuführungsmechanismus 105 ist, wo ein Aufnehm- und Absetz(PNP)-Rotor 116 die einzelnen programmierbaren Komponenten unter Verwendung von Aufnehm- und Absetz(PNP)-Köpfen 116A bis 116E aufnimmt. Es würde verständlich sein, dass die Anzahl der PNP-Köpfe nur eine Frage der Konstruktion des Zuführungs/Programmier/Speicher-Systems 100 ist. Der PNP-Rotor 116 könnte auch so konstruiert sein, dass er X- und/oder Z-Querbewegungen ausführt, um das Aufnehmen und Absetzen zu verbessern.
Der Aufnehmrotor 116 dreht sich entgegen den Uhrzeigersinn, um die nicht programmierten Komponenten in eine Position zu bringen, wo die PNP-Köpfe 116A bis 116E die nicht programmierten Komponenten auf einem Programmierrotor 118 absetzen können, der eine Vielzahl von Programmierköpfen 118A bis 118E aufweist, die den PNP-Köpfen des Aufnehmrotors 116A bis 116E entsprechen, obwohl das wieder lediglich eine Frage der Konstruktion ist und die Anzahl der Programmierköpfe und der Aufnehm-Rotorköpfe unterschiedlich sein könnte.
Der Programmierrotor 118 dreht sich im Uhrzeigersinn, und er programmiert die Komponenten während der Rotation. Ist das Programmieren abgeschlossen, dann werden die programmierten Komponenten durch einen Absetzrotor 120 beseitigt, der PNP-Köpfe 120A bis 120E aufweist, die den PNP-Köpfen der Programmierrotors 118A bis 118E entsprechen, wobei die Anzahl der Köpfe wieder nur eine Frage der Konstruktion ist. Der Programmierrotor 118 könnte auch so konstruiert sein, dass er X- und/oder Z-Querbewegungen ausführt, um das Aufnehmen und Absetzen zu verbessern.
Der Absetzrotor 120 nimmt die programmierbaren Komponenten von den Programmierrotorköpfen 118A bis 118E auf und lagert die guten programmierten Komponenten auf einem Ausgabe- Speichermechanismus 121 ab, während er sich entgegen dem Uhrzeigersinn dreht. Es würde verständlich sein, dass der Absetzrotor 120 so konstruiert sein könnte, dass er X- und/oder Z-Querbewegungen ausführt, um das Aufnehmen zu verbessern, und dass er selbst auch als ein Ausgabe-Speichermechanismus 121 dienen könnte, indem er die programmierten Komponenten aufnimmt und in der X-Richtung zwischen dem Programmierrotor 118 und dem Aufnehmpunkt des Handhabungssystems hin und her pendelt.
Somit könnten der Aufnehmrotor 116 und der Absetzrotor 120 als ein Teil eines Handhabungssystems 119 für das Zuführungs/Programmier/Speicher-System 100 angesehen werden. Der Aufnehmrotor 116, der Programmierrotor 118 und der Absetzrotor 120 könnten auch als ein Teil eines Programmiermechanismus 115 oder eines kombinierten Programmier- und Ausgabe-Speichersystems angesehen werden.
In der besten Betriebsform positioniert der Absetzrotor 120 jedoch die programmierten Komponenten geeignet im Ausgabe-Speichermechanismus 121 in die richtige Ausrichtung für das Roboter-Handhabungssystem 40, das ein Teil der Produktions-Montagelinie 30 ist, um sie für das Bestücken der gedruckten Schaltkarten 38 von 2 (STAND DER TECHNIK) aufzunehmen. Der Absetzrotor 120 setzt die programmierten Komponenten auf einen seitlichen Ausgabe-Speicherbandförderer 122, der auf Rollen 124 und 126 auf vertikalen Achsen im Ausgabe-Speichermechanismus 121 ist. Der Ausgabe-Speicherbandförderer 122 könnte Einkerbungen, Taschen oder andere Halter auf seinem Rand aufweisen, die beispielhaft durch Vakuumhalter 123 (nur einer dargestellt) repräsentiert werden, welche ein schwaches Vakuum nutzen, um die programmierten Komponenten an Ort und Stelle zu halten, bis sie am Aufnehmpunkt durch das Roboter-Handhabungssystem 40 aufgenommen werden.
Aus den obigen Darlegungen wird verständlich, dass die vorliegende Erfindung auf das anwendbar ist, was als „Mikrokomponenten" beschrieben werden kann. Mikrokomponenten schließen einen weiten Bereich elektronischer und mechanischer Komponenten ein. Am besten wird die Bearbeitung durch das Programmieren programmierbarer Komponenten beschrieben, welche solche Bauelemente umfassen, wie die Flash-Speicher (Flash), die elektrisch löschbaren programmierbaren Festwertspeicher (E²PROM), die programmierbaren Logikbauelemente (PLD), die feldprogrammierbaren Gate-Arrays (FPGA) und die Mikrosteuerungen, wobei sie aber nicht auf diese beschränkt sind. Die vorliegende Erfindung umfasst die Bearbeitung aller elektronischen, mechanischen, hybriden und anderen Komponenten, die ein Testen, Messen der Bauelementkenngrößen, Kalibrieren und andere Bearbeitungsgänge erfordern. Zum Beispiel würden diese Typen von Mikrokomponenten solche Bauelemente, wie die Mikroprozessoren, integrierten Schaltkreise (IC), anwenderspezifischen integrierten Schaltkreise (ASIC), mikromechanischen Maschinen, mikro-elektromechanischen(MEM) Bauteile, Mikromodule und Fluidsysteme, umfassen aber nicht auf sie beschränkt sein.

Claims

Herstellungssystem für Mikrokomponenten umfassend: eine Produktions-Montagebahn (30), die in der Lage ist, ein Produkt zu liefern, das zum Einbau einer verarbeitete Mikrokomponente bereit ist; einen Eingangs-Zufuhrmechanismus (55), der in der Lage ist, unverarbeitete Mikrokomponenten zu liefern; einen Verarbeitungsmechanismus (70), der in der Lage ist, die unverarbeiteten Mikrokomponenten von dem Eingabe-Fördermechanismus (55) zu empfangen und die Mikrokomponente zu verarbeiten, um eine verarbeitete Mikrokomponente zu erzeugen; einen Ausgangs-Speicher-Mechanismus (75), der von dem Rest des Systems wirksam entkoppelt und in der Lage ist, die verarbeiteten Mikrokomponenten von dem Verarbeitungsmechanismus (70) zu empfangen und die verarbeiteten Mikrokomponenten nach Bedarf an die Produktions-Montagebahn (30) zu liefern; und ein Handhabungssystem (18), das in der Lage ist, die verarbeiteten Mikrokomponenten von dem Ausgangs-Speicher-Mechanismus (75) abzunehmen und die verarbeiteten Mikrokomponenten in das Produkt einzubauen.
System nach Anspruch 1, worin die Produktions-Montagebahn (30) sich in eine erste Richtung bewegt; und der Eingangs-Förder-, Verarbeitungs- und Ausgangs-Speicher-Mechanismus (55, 70, 75) in einer Linie liegen und der Eingangs-Zufuhr-, Verarabeitungs- und Ausgangs-Speicher-Mechanismus (55, 70, 75) unter einem rechten Winkel zu der ersten Richtung liegen.
System nach Anspruch 1, worin der Eingangs-Fördermechanismus (55) in der Lage ist, eine unverarbeitete Mikrokomponente in einer Zufuhrvorrichtung bereitzustellen, die ausgewählt ist aus einer Gruppe bestehend aus einem Tablett, einem Tablettstapler, einem Rohr, einem Rohrstapler und einem Band und einer Spule.
System nach Anspruch 1, worin der Verarbeitungsmechanismus (70) die Mikrokomponenten durch einen Prozess verarbeitet, der ausgewählt ist aus einer Gruppe bestehend aus Programmierung, Kalibrierung, Test und Messung.
System nach Anspruch 1, worin der Verarbeitungsmechanismus (70) gleichzeitig eine Vielzahl von Mikrokomponenten verarbeitet.
System nach Anspruch 1, worin der Verarbeitungsmechanismus (70) einen Mechanismus zum Detektieren und Auswerfen fehlerhafter Mikrokomponenten nach der Verarbeitung umfasst.
System nach Anspruch 1, umfassend einen weiteren Handhabungsmechanismus (65), um Mikrokomponenten entlang einem Eingangs-Zufuhr-, Verarbeitungs- und Ausgangs-Speicher-Mechanismus (55, 70, 75) in einer linearen Richtung zu bewegen.
System nach Anspruch 1, worin er Eingangs-Zufuhr-, Verarbeitungs- und Ausgangs-Speicher-Mechanismus (55, 70, 75) in einer Reihe angeordnet sind, wobei ein weiterer Handhabungsmechanismus (65) vorgesehen ist, um Mikrokomponenten entlang dem Eingangs-Zufuhr-, Verarbeitungs- und Ausgangs-Speicher-Mechanismus in einer Linie unter Verwendung von Drehbewegungen zu bewegen.
System nach Anspruch 1, worin der Ausgangs-Speicher-Mechanismus (75) in der Lage ist, im wesentlichen unabhängig von dem Eingangs-Zufuhr-Mechanismus (55) und dem Verarbeitungsmechanismus (70) zu arbeiten.
System nach Anspruch 1, worin der Eingangs-Zufuhr-, Verarbeitungs- und Ausgangs-Speicher-Mechanismus (55, 70, 75) in einer Reihe sind.