Gebiet der Erfindung
-
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum automatischen Anbringen von
elektronischen Bauteilen an vorgegebenen Positionen einer elektronischen Leiterplatte und eine
Vorrichtung dafür.
Hintergrund der Erfindung
-
Unter Bezugnahme auf Fig. 6 wird ein typisches Beispiel einer herkömmlichen Vorrichtung
zum Montieren elektronischer Bauteile erläutert. In Fig. 6 bewegt ein Orthogonal-Roboter
31 einen Montagekopf 32 an eine beliebige Position in X- und Y-Richtung. Am vorderen
Ende des Montagekopfes 32 ist eine Ansaugdüse 33 vorhanden, die nach oben und nach
unten bewegt werden kann. Statt der Ansaugdüse 33 kann eine Spanneinrichtung
eingesetzt werden.
-
Ein Leiterplattenhalter 34 hält eine elektronische Leiterplatte 35, die der Vorrichtung von
außen zugeführt wird, an einer vorgegebenen Position. Eine Elektronikbauteil-Halteeinheit
36 dient der Aufbewahrung elektronischer Bauteile, die an der elektronischen Leiterplatte
35 angebracht werden sollen. An der Elektronikbauteil-Halteeinheit 36 ist eine Vielzahl von
Elektronikbauteil-Zuführkassetten 37 hintereinander angeordnet.
-
Wenn bei der oben beschriebenen Konstruktion ein Elektronikbauteil montiert werden soll,
bewegt sich der Montagekopf 32 zunächst zu der Elektronikbauteil-Halteeinheit 36, nimmt
eine Elektronikbauteil-Zuführkassette 37 der Elektronikbauteil-Halteeinheit 37 mit der
Ansaugdüse 33 auf, und anschließend bewegt sich der Montagekopf 32 zu dem
Leiterplatten
halter 34 und montiert das Elektronikbauteil an einer vorgegebenen Position auf der bereits
positionierten elektronischen Leiterplatte 35.
-
Bei der oben beschriebenen herkömmlichen Elektronikbauteil-Montagevorrichtung nimmt,
wenn die Anzahl von Typen von Elektronikbauteilen, die auf der elektronischen Leiterplatte
35 zu montieren sind, ansteigt, die Anzahl der Elektronikbauteil-Zuführkassetten 37, die an
der Elektronikbauteil-Halteeinheit angeordnet werden müssen, zu, so dass entweder mehr
als eine Einheit der Elektronikbauteil-Montagevorrichtung oder eine
Elektronikbauteil-Montagevorrichtung mit größerer Kapazität installiert werden müssen.
-
Inzwischen gibt es verschiedene Typen von Elektronikbauteilen, wie beispielsweise Chip-
Widerständen, die gleichen Aufbau, gleiche Form und Abmessungen, jedoch völlig
verschiedene Kennwerte haben. Bei dem herkömmlichen Verfahren musste diese Situation
bewältigt werden, indem an der Elektronikbauteil-Halteeinheit 36 eine Elektronikbauteil-
Zuführkassette 37 für jeden der Bauteiltypen angeordnet werden musste. Es war mitunter
erforderlich, mehr als eine Haupteinheit oder eine größere Haupteinheit der
Montagevorrichtung zu installieren, so dass die Kosten für die Anlage und die Unterhaltskosten für die
Elektronikbauteil-Zuführkassetten stiegen.
Zusammenfassung der Erfindung
-
Die vorliegende Erfindung löst die bei dem herkömmlichen Verfahren auftretenden
Probleme und schafft ein Verfahren und eine entsprechende Vorrichtung zum Montieren von
Elektronikbauteilen auf einer elektronischen Leiterplatte, bei denen die Anzahl von
Elektronikbauteil-Zuführkassetten, die an der Elektronikbauteil-Halteeinheit angeordnet
werden müssen, auf weniger als die Anzahl der Typen von Bauteilen reduziert werden
kann, so dass die Kosten für die Anlage und die Unterhaltskosten für die Elektronikbauteil-
Zuführkassetten verringert werden können.
-
Das Elektronikbauteil-Montageverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung besteht aus
einem Montageprozess, bei dem ein Elektronikbauteil aus der Elektronikbauteil-Halteeinheit
aufgenommen und auf einer elektronischen Leiterplatte montiert wird, der einen Prozess
zum Justieren des Elektronikbauteils auf einen bevorzugten Kennwert während des
Montageprozesses umfasst.
-
Bei einer bevorzugten Ausführung der vorliegenden Erfindung wird ein Elektronikbauteil mit
einem Laserstrahl abgeglichen, während sein Kennwert gemessen wird, oder während
seine Justierposition durch eine Bilderkennungsvorrichtung überwacht wird.
-
Die Elektronikbauteil-Montagevorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst eine
Elektronikbauteil-Halteeinheit, die Elektronikbauteile aufnimmt, einen Leiterplattenhalter, der
eine elektronische Leiterplatte hält, einen Montagekopf, der ein Elektronikbauteil aufnimmt
und es an einer vorgegebenen Position auf der elektrischen Leiterplatte anbringt, sowie
eine Laser-Abgleicheinheit, die das Elektronikbauteil abgleicht, bis ein bevorzugter Kennwert
erreicht ist.
-
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführung der vorliegenden Erfindung ist die Laser-
Abgleicheinheit mit einer Messeinrichtung versehen, die die Kennwerte von
Elektronikbauteilen misst, einer Laser-Oszillatoreinrichtung, einer Laser-Abtasteinrichtung, die die
Position der Laserbestrahlung verändert, einer Bildaufnahmeeinrichtung, die das Bild von
Elektronikbauteilen aufnimmt, sowie einer Steuereinheit, die die Position der Laserbestrahlung
auf der Grundlage des aufgenommenen Bildes steuert. Des Weiteren weist die
Elektronikbauteil-Halteeinheit eine Vielzahl von Elektronikbauteil-Zuführkassetten auf, die in einer
Reihe angeordnet sind, und die Laser-Abgleicheinheit ist so angeordnet, dass sie zum
oberen Teil der Elektronikbauteil-Halteeinheit in der Richtung bewegt werden kann, in der die
Elektronikbauteil-Zuführkassetten angeordnet sind.
-
Beim Einsatz des Verfahrens und der Vorrichtung zum Montieren von Elektronikbauteilen
gemäß der vorliegenden Erfindung ist es möglich, die Anzahl der
Elektronikbauteil-Zuführ
kassetten, die an der Elektronikbauteil-Halteeinheit angeordnet werden müssen, zu
verringern, da Elektronikbauteile während des Prozesses der Montage der Elektronikbauteile auf
bevorzugte Kennwerte abgeglichen werden können, so dass die Anzahl von
Elektronikbauteil-Zuführkassetten verringert werden kann und sich damit die Kosten für die Anlage
und die Kosten für die Unterhaltung der Elektronikbauteil-Zuführkassetten verringern
lassen.
Kurze Beschreibung der Zeichnung
-
Fig. 1 ist eine teilweise weggeschnittene Perspektivansicht der Elektronikbauteil-
Montagevorrichtung gemäß einer beispielhaften Ausführung der vorliegenden
Erfindung.
-
Fig. 2 ist eine schematische Perspektivansicht von Hauptteilen gemäß einer
beispielhaften Ausführung der vorliegenden Erfindung.
-
Fig. 3 ist ein schematischer Aufbau der Laser-Abgleicheinheit gemäß einer
beispielhaften Ausführung der vorliegenden Erfindung.
-
Fig. 4 ist eine Perspektivansicht eines abgeglichen Widerstandes, der in einer
beispielhaften Ausführung der vorliegenden Erfindung eingesetzt wird.
-
Fig. 5 ist eine Draufsicht auf einen abgeglichenen Widerstand, der bei einer
beispielhaften Ausführung der vorliegenden Erfindung eingesetzt wird.
-
Fig. 6 ist eine schematische Perspektivansicht einer herkömmlichen
Elektronikbauteil-Montagevorrichtung.
Beste Art und Weise der Umsetzung der vorliegenden Erfindung
-
Unter Bezugnahme auf Fig. 1 bis 3 wird im Folgenden eine beispielhafte Ausführung der
Elektronikbauteil-Montagevorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung erläutert.
-
In Fig. 1 und 2 trägt ein Orthogonal-Roboter 1 einen Montagekopf 2 so, dass er sich in der
X- und der Y-Richtung bewegen kann. An dem Montagekopf 2 ist eine Ansaugdüse 3, die
ein Elektronikbauteil ansaugt und hält, so angeordnet, dass sie nach oben und nach unten
bewegt werden kann. Ein Leiterplattenhalter 4 hält eine elektronische Leiterplatte 5, die der
Vorrichtung von außen zugeführt wird, an einer vorgegebenen Position, nachdem sie
positioniert worden ist. Eine Elektronikbauteil-Halteeinheit 6 weist eine Vielzahl von
Elektronikbauteil-Zuführkassetten 7 auf, die in einer Reihe in der X-Richtung so angeordnet sind,
dass jede von ihnen entfernt werden kann. Ein Laser-Justierkopf 8 wird von einer
Positioniereinheit 9 so getragen, dass er sich in der X-Richtung an dem oberen Teil der
Elektronikbauteil-Halteeinheit 6 bewegen kann. Ein Elektronikbauteil 10 wird in einer der
Elektronikbauteil-Zuführkassetten 7 aufbewahrt, und es handelt sich um den Typ eines mit Laser
abgleichbaren Chip-Widerstandes, dessen Kennwert durch Laserabgleich verändert
werden kann.
-
Der Laserabgleichkopf 8 umfasst, wie in Fig. 3 dargestellt, eine Laser-Oszillatoreinrichtung
11 mit einer Laser-Bestrahlungs-An-Aus-Funktion, einen Spiegel 12, eine Laser-
Fokusreguliereinrichtung 13, einen Halbspiegel 14, eine Videokamera 15, einen X-Achsen-
Abtastspiegel 16, ein Y-Achsen-Abtastspiegel 17 sowie eine Linse 18. Es kann darüber
hinaus ein Kennwert des Elektronikbauteils 10 mit Sonden 19 und einer Messeinrichtung 20
gemessen werden. Eine Steuereinheit 21 steuert die Laser-Oszillation, das An- und
Abschalten der Laserbestrahlung, die Laser-Fokusregulierung, den Antrieb des X-Achsen-
Abtastspiegels, den Antrieb des Y-Achsen-Abtastspiegels, die Bewegung der Sonde, die
Messeinrichtung sowie die Bildverarbeitung und verfügt über eine Speichereinheit, eine
arithmetische Logikeinheit sowie eine Daten-Eingabe-Ausgabe-Einheit.
-
Im Folgenden wird ein Vorgang zum Montieren von Elektronikbauteilen mit dem oben
beschriebenen Aufbau erläutert.
-
(1) Positionieren und Halten einer zugeführten elektronischen Leiterplatte 5 auf dem
Leiterplattenhalter 4.
-
(2) Der Laserabgleichkopf 8 bewegt sich über das Elektronikbauteil 10, das zuerst auf
der elektronischen Leiterplatte 5 montiert werden soll.
-
(3) Aufnehmen eines Oberflächenbildes des Elektronikbauteils 10 mit der
Videokamera 15 über die Linse 18, den Y-Achsen-Abtastspiegel 17, den X-Achsen-
Abtastspiegel 16 sowie den Halbspiegel 14.
-
(4) Bestimmen der Startposition der Laserbestrahlung und des Laser-Abtastweges auf
der Grundlage des erkannten Bildes des Elektronikbauteils 10 und der
vorgegebenen Bedingungen mit der Steuereinheit 21.
-
(5) Einstellen der Laser-Fokusreguliereinrichtung 16 auf der Grundlage der
vorgegebenen Dicke des Elektronikbauteils 10 so, dass die Laserbestrahlung auf die
Oberfläche des Elektronikbauteils 10 fokussiert wird.
-
(6) Bewegen der Sonden 19 zu den Elektroden des Elektronikbauteils 10 und Messen
des Kennwertes mit der Messeinheit 20.
-
(7) Abgleichen des Elektronikbauteils 10 mit Laserstrahlung, bis ein vorgegebener
Kennwert hergestellt ist, durch Steuerung der Laser-Oszillator-Einrichtung 11, des X-
Achsen-Abtastspiegels 16 sowie des Y-Achsen-Abtastspiegels 17.
-
(8) Nach Abschluss des Abgleichs Bewegen des Laserabgleichkopfes 8 an eine
Position, in derer dem Montagekopf 2 nicht im Weg ist.
-
(9) Aufnehmen des abgeglichenen Elektronikbauteils 10 aus der Elektronikbauteil-
Zuführkassette 7 durch Ansaugen mit der Ansaugdüse 3 des Montagekopfes 2 und
Überführen desselben durch Bewegen des Montagekopfes 2 an eine vorgegebene
Position auf der elektronischen Leiterplatte 5.
-
(10) Durch Wiederholen der in (2) bis (9) beschriebenen Schritte Montieren aller
Elektronikbauteile 10, die auf der elektronischen Leiterplatte 5 montiert werden sollen.
-
Eine zugeführte elektronische Leiterplatte 5 wird, um genauer zu beschreiben, auf dem
Leiterplattenhalter 4 positioniert und gehalten, und der Laserabgleichkopf 8 wird über das
Elektronikbauteil 10 an der Bauteilzuführöffnung 7a der Elektronikbauteil-Zuführkassette 7
bewegt. Hier handelt es sich bei dem Elektronikbauteil 10 um einen abgleichbaren
Widerstand 10d, wie er in Fig. 4 dargestellt ist, der hergestellt wird, indem ein
Widerstandsmaterial 10b auf ein Aluminiumoxidsubstrat 10a aufgetragen wird und Elektroden 10c an beiden
Enden hergestellt werden. Die Abmessung des abgleichbaren Widerstandes 10d betragen
3,2 mm in der Länge, 1,6 mm in der Breite und 0,6 mm in der Dicke, wobei sein
Anfangswiderstand 1 kΩ beträgt. Die optimalen Bedingungen zum Abgleichen mit einem Laserstrahl
von 1,06 mm Wellenlänge sind ein Laserpunktdurchmesser von 0,05 mm auf der
Oberfläche des Widerstandes, eine Gesamtstrahlungsenergie von 1,2 Watt sowie eine
Laserabtastgeschwindigkeit von 10 mm/s. Der abgleichbare Widerstand 10d kann von dem
Typ sein, bei dem die Oberfläche des Widerstandsmaterials 10b mit Glaspassivierung
versehen ist.
-
Ein Oberflächenbild des abgleichbaren Widerstandes wird mit der Videokamera 15
aufgenommen, die in die Laserabgleicheinheit integriert ist, und der Umriss des
Widerstandsmaterials 10b wird aus dem erkannten Bild des abgleichbaren Widerstands 10d hergeleitet.
Dann wird die Neigung der Mittellinie der Abgleichnut auf dem Widerstandsmaterial 1 Ob
berechnet, nachdem der abgleichbare Widerstand 10d an der Bauteilzuführöffnung 7a
angeordnet worden ist. Unter Berücksichtigung dieser Neigung der Abgleichnut werden die
Aus
gangspositionen 8a für die Laserbestrahlung zum Abgleichen des Widerstandsmaterials
10b (bzw. zum Schneiden einer Abgleichnut) und der Weg für die Laserabtastung
bestimmt. Nachdem die Abgleichbedingungen auf diese Weise eingestellt worden sind, wird
ein Teil des Widerstandsmaterials 10b des abgleichbaren Widerstandes 10d
abgeschnitten, so dass ein abgeglichener Widerstand mit einem beliebig eingestellten
Widerstandswert hergestellt wird. Je nach der Ausgangsposition 8a der Laserbestrahlung und dem Weg
der Laserabtastung kann der resultierende Widerstandswert, auch wenn die als die
Abgleichnut abgeschnittene Menge die gleiche ist, sehr verschieden sein. Daher ist es
wichtig, die Bedingungen genau einzustellen.
-
Auf der Grundlage der vorgegebenen Dicke des Elektronikbauteils wird die
Fokussierposition der Laserbestrahlung mit der Laser-Fokusreguliereinrichtung 13 so eingestellt, dass die
Laserbestrahlung auf die Oberfläche des Elektronikbauteils 10 fokussiert wird. Durch das
Einstellen der Fokussierposition wird die Breite 8b der Abgleichnut bestimmt.
-
Nach der Bilderkennung des abgleichbaren Widerstandes 10d und nachdem verschiedene
andere Einstellungen abgeschlossen sind, werden die Sonden 19, die an dem
Laserabgleichkopf vorhanden sind, mit den Elektroden des Elektronikbauteils 10 in Kontakt
gebracht, und sein Kennwert, wie beispielsweise bei dem abgleichbaren Widerstand 10d der
Widerstandswert, wird gemessen. Der gemessene Wert wird mit dem vorgegebenen
Widerstand verglichen, und die Laserbestrahlung wird von dem
Laserbestrahlungs-Ausgangspunkt 8a aufgenommen. In diesem Fall beträgt der vorgegebene Widerstandswert 3,9 kΩ
+/-0,5%.
-
Wenn ein Laserstrahl aufgestrahlt wird, wird der Widerstandswert des abgleichbaren
Widerstandes 10d weiter gemessen, der Laserstrahl bewegt sich auf dem Laserabtastweg
entlang und schneidet eine Abgleichnut in das Widerstandsmaterial 10b. Wenn der
Widerstandswert des abgleichbaren Widerstandes 10d den vorgegebenen Wert von 3,9 kΩ
erreicht, wird die Laserbestrahlung beendet.
-
Anschließend wird das abgeglichene Bauteil von der Ansaugdüse 3 aus der Bauteil-
Zuführöffnung 7a gesaugt und auf der elektronischen Leiterplatte 5 montiert.
-
Danach wird ein weiterer abgleichbarer Widerstand mit Laser abgeglichen, bis ein
vorgegebener Widerstandswert erreicht ist, und auf der elektronischen Leiterplatte 5 montiert. Da
mehr als ein Wert vorgegeben werden kann, ist es möglich, Elektronikbauteile mit
unterschiedlichen Kennwerten aus einer einzelnen Elektronikbauteil-Halteeinheit 6 zuzuführen.
Das Montieren von Elektronikbauteilen wird durch Wiederholen dieses Prozesses
abgeschlossen.
-
Mit dem oben beschriebenen Verfahren ist es möglich, Widerstände mit unterschiedlichen
Widerstandswerten aus einer einzelnen Elektronikbauteil-Halteeinheit zuzuführen, wenn die
Abmessung des Bauteils die gleiche ist, so dass die Anzahl der
Elektronikbauteil-Zuführkassetten und die Größe der Elektronikbauteil-Halteeinheit auf ein Minimum verringert
werden können.
-
Bei der oben beschriebenen Ausführung kann, da ein Elektronikbauteil 10 beim Prozess
des Montierens des Elektronikbauteils 10 von der Elektronikbauteil-Halteeinheit 6
ausgehend auf einer elektronischen Leiterplatte 5 mit Laser abgeglichen wird, die Anzahl von
Elektronikbauteil-Zuführkassetten 7, die an der Elektronikbauteil-Halteeinheit 6 angeordnet
werden müssen, verringert werden. Wenn es sich beispielsweise bei dem Elektronikbauteil
10 um einen laserabgleichbaren Chip-Widerstand handelt, kann der Widerstandswert um
bis mehrmals das Zehnfache des Ausgangswertes verändert werden, so dass die Anzahl
der Elektronikbauteil-Zuführkassetten 7 erheblich verringert werden kann. Da die Anzahl
der Elektronikbauteil-Zuführkassetten 7, die an der Elektronikbauteil-Halteeinheit 6
angeordnet werden müssen, verringert werden kann, muss keine große Elektronikbauteil-
Montagevorrichtung mit einer großen Elektronikbauteil-Halteeinheit 6 installiert werden oder
mehr als eine Elektronikbauteil-Montagevorrichtung installiert werden, wodurch sich die
Anlagekosten und die Unterhaltungskosten für die Elektronikbauteile aufgrund der
verrin
gerten Anzahl von Bauteiltypen verringern lassen und die Unterhaltungskosten für die
Elektronikbauteil-Zuführkassetten 7 verringert werden können.
-
Für andere Elektronikbauteile 10 als abgleichbare Widerstände 10, wie beispielsweise
abgleichbare Kondensatoren und abgleichbare Induktoren, kann der Kapazität- bzw. der
Reaktanzwert verändert werden, indem die Elektroden bzw. die Zuleitungen durch
Laserbestrahlung abgeglichen werden.
-
Obwohl sich die obenstehende Beschreibung auf das Montieren eines Elektronikbauteils 10
nach dem Verändern seines Kennwertes durch Laserabgleich bezog, erübrigt es sich zu
sagen, dass es möglich ist, in der Elektronikbauteil-Halteeinheit gleichzeitig
Elektronikbauteil-Zuführkassetten anzuordnen, die Elektronikbauteile mit festen Kennwerten enthalten,
und sie direkt zu montieren, wenn kein Abgleich erforderlich ist.
Industrielle Einsetzbarkeit
-
Aus der obenstehenden Beschreibung wird ersichtlich, dass bei dem Verfahren zum
Montieren von Elektronikbauteilen gemäß der vorliegenden Erfindung durch Abgleichen von
Elektronikbauteilen auf bevorzugte Kennwerte während des Prozesses der Montage
derselben auf elektronischen Leiterplatten von der Bauteil-Aufbewahrungseinheit ausgehend
die Anzahl von Typen von Elektronikbauteilen, die in der Bauteilaufbewahrungseinheit
untergebracht werden müssen, verringert werden kann und damit die Kosten für die Anlage
sowie die Unterhaltungskosten für die Elektronikbauteile verringert werden können.
-
Des Weiteren ist es durch Laserabgleich von Elektronikbauteilen beim gleichzeitigen
Messen ihrer Kennwerte bzw. bei der Überwachung ihrer Abgleichpositionen über
Bilderkennung möglich, das Abgleichen ohne Verschlechterung der Qualität der Elektronikbauteile
und mit gutem Wirkungsgrad auszuführen, so dass sehr zuverlässige elektronische
Leiterplatten bei guter Produktivität und Stabilität hergestellt werden können.
-
Des Weiteren kann, da die Elektronikbauteil-Montagevorrichtung gemäß der vorliegenden
Erfindung mit einer Laserabgleicheinheit zum Abgleichen von Elektronikbauteilen auf
bevorzugte Kennwerte versehen ist, das oben beschriebene Montageverfahren so ausgeführt
werden, dass die Elektronikbauteile auf bevorzugte Kennwerte abgeglichen werden
können, indem während des Montageprozesses Laserabgleich ausgeführt wird.
-
Des Weiteren ist es, da an der Laserabgleicheinheit eine Kennwert-Messeinrichtung, eine
Laser-Oszillatoreinrichtung und eine Laser-Abtasteinrichtung vorhanden sind, möglich,
elektronische Bauteile durch Laser abzugleichen, während ihre Kennwerte gemessen
werden, und durch Steuern des Weges der Laserbestrahlung auf der Grundlage des Bildes,
das von einer Bildaufnahmeeinrichtung erkannt wurde, ist es möglich, das Abgleichen
auszuführen, ohne dass die Gefahr eines fehlerhaften Abgleichs besteht, und gleichzeitig mit
hoher Zuverlässigkeit.
-
Weiterhin ist es, da der Laserabgleichkopf am oberen Teil der Elektronikbauteil-Halteeinheit
so angeordnet ist, dass er sich in der Richtung der Anordnung der
Elektronikbauteil-Zuführkassetten bewegen kann, möglich, den Kennwert eines Elektronikbauteils, das montiert
wird, zu verändern, während ein weiteres Elektronikbauteil mit dem Montagekopf montiert
wird, so dass die Produktivität nicht beeinträchtigt wird.