ITMI991962A1

ITMI991962A1 - Apparecchio e procedimento per allineare componenti

Info

Publication number: ITMI991962A1
Application number: IT1999MI001962A
Authority: IT
Inventors: Sang-Cheol Kim
Original assignee: Samsung Aerospace Ind
Priority date: 1998-09-24
Filing date: 1999-09-22
Publication date: 2001-03-22
Also published as: ITMI991962A0; IT1313366B1; CN1251421A; JP2000101298A; KR20000020912A; CN1131415C; DE19944721A1; KR100287787B1; US6473188B1

Description

Descrizione dell'invenzione industriale avente per titolo:

“APPARECCHIO E PROCEDIMENTO PER ALLINEARE COMPONENTI”

1. Campo dell’invenzione

La presente invenzione ha per oggetto un apparecchio per allineare con precisione componenti elettronici su una piastra a circuito stampato (PCB) ed un procedimento per allineare componenti elettronici, dove è previsto l'impiego dello stesso.

2. Descrizione dello Stato della Tecnica

Un apparecchio di montaggio di componenti, come ad esempio un montatore di chip, monta un componente elettronico di piccole dimensioni su una piastra a circuito stampato (PCB). L'apparecchio di montaggio di componenti comprende un'unità di aspirazione per prelevare mediante aspirazione componenti elettronici, un’unità di testa per supportare, ruotare e spostare su e giù l'unità di aspirazione, ed un'unità di trasferimento per spostare l'unità di testa in direzione X-Y.

Durante l’esercizio dell'apparecchio di montaggio di componenti, i componenti elettronici vengono prelevati dall'unità di aspirazione e quindi i componenti prelevati vengono spostati in una posizione di montaggio per mezzo dell'unità di trasferimento. Successivamente i componenti elettronici vengono montati sulla piastra a circuito stampato ruotando e spostando su e giù l'unità di aspirazione.

Nel processo di montaggio dei componenti elettronici, i componenti elettronici devono essere allineati con precisione nell'unità di montaggio della piastra a circuito stampato. L'allineamento dei componenti è eseguito utilizzando un sistema video o diffrazione ottica.

Nel sistema video, delle immagini di componenti elettroniche vengono riprese da una camera e l'immagine ripresa viene trasferita ad un computer. Inoltre il punto centrale del componente elettronico visualizzato su un monitor viene confrontato con quello di un modello predeterminato e quindi si individuano gli errori delle coordinate X e Y e si determina un angolo di rotazione per correggere l'errore e poi si montano i componenti sulla piastra a circuito stampato. Con il suddetto procedimento i componenti devono però essere prelevati dall'unità di aspirazione per essere spostati in una zona dove è posizionato il sistema video.

In US 5,559,727 è descritto un procedimento per emettere luce verso componenti elettronici prelevati da un'unità di aspirazione di un dispositivo di prelievo per individuare direttamente un errore dei componenti elettronici. Cioè un'ombra del componente, generata emettendo luce verso il lato del componente, viene individuata da un dispositivo ad accoppiamento di carica (CCD). A questo punto, la larghezza dell'ombra del componente viene modificata in base alla rotazione dei componenti elettronici, cosicché si individua la variazione della larghezza dell'ombra per determinare così una posizione ed un angolo del componente.

Nel procedimento sopra descritto, la luce emessa verso il lato del componente deve essere luce parallela per individuare con precisione la variazione della larghezza dell'ombra del componente. Il procedimento richiede pertanto un dispositivo per formare luce parallela, il che rende complicata la struttura del dispositivo.

RIASSUNTO DELL’INVENZIONE

Per risolvere i suddetti problemi, un compito della presente invenzione è quello di mettere a disposizione un apparecchio per allineare componenti, in cui si prelevano dei componenti elettronici mediante un dispositivo di prelievo e quindi si misurano la posizione e l'angolo del componente al fine di installare con precisione il componente, nonché un procedimento per allineare componenti, dove è previsto l'impiego dello stesso.

Per risolvere il compito suddetto, l'apparecchio per allineare i componenti comprende una sorgente luminosa; una piastra di diffusione per diffondere la luce emessa dalla sorgente luminosa verso il lato del componente; una lente di messa a fuoco per mettere a fuoco la luce diffusa passata attraverso il componente; ed un fotorivelatore per ricevere la luce messa a fuoco dalla lente di messa a fuoco per individuare un'immagine laterale del componente.

La sorgente luminosa e la piastra di diffusione sono disposte su un lato del componente e la lente di messa a fuoco ed il fotorivelatore sono disposti sull'altro lato del componente.

Secondo un'altra forma d'esecuzione della presente invenzione, la sorgente luminosa comprende una prima ed una seconda sorgente luminosa, le quali sono disposte su un lato del componente, la piastra di diffusione comprende una prima piastra di diffusione, disposta tra il componente e la prima sorgente luminosa, ed una seconda piastra di diffusione, disposta tra il componente e la seconda sorgente luminosa, e la lente di messa a fuoco ed il fotorivelatore sono allineati in modo da essere perpendicolari alla prima ed alla seconda sorgente luminosa rispetto al componente.

Secondo un'ulteriore forma d'esecuzione della presente invenzione, la sorgente luminosa, la piastra di diffusione, la lente di formazione deH'immagine ed il fotorivelatore sono allineati su un lato del componente.

Secondo un altro aspetto della presente invenzione, un procedimento per allineare componenti comprende le fasi di: prelevare componenti elettronici; diffondere la luce emessa da una sorgente luminosa, mediante una piastra di diffusione, in modo che arrivi sul lato del componente; ed individuare, sulla base della luce diffusa, un'immagine laterale del componente che è messa a fuoco da una lente.

BREVE DESCRIZIONE DELLE FIGURE

I suddetti oggetti e vantaggi della presente invenzione risulteranno più evidenti descrivendo in dettaglio una sua forma d'esecuzione preferita con riferimento ai disegni allegati, nei quali:

Figura 1 è una vista in sezione della struttura di un apparecchio per allineare componenti secondo la prima forma d'esecuzione della presente invenzione;

Figura 2 è una vista in pianta dell'apparecchio per allineare componenti della figura 1 ;

Figura 3 è una vista frontale dell'apparecchio per allineare componenti secondo la seconda forma d'esecuzione della presente invenzione;

Figura 4 è una vista in pianta dell'apparecchio per allineare componenti della figura 2;

Figura 5 è una vista in pianta di un apparecchio per allineare componenti secondo la terza forma d'esecuzione della presente invenzione;

Figura 6 è una vista in pianta di un apparecchio per allineare componenti secondo la quarta forma d'esecuzione della presente invenzione;

Figura 7 è un grafico della larghezza di un'immagine del componente elettronico individuato dall'apparecchio per allineare componenti della presente invenzione; e

Figtira 8 è un grafico della larghezza di un'immagine in base ad una variazione di angolo rispetto ad un componente elettronico rivelato dall'apparecchio per allineare componenti della presente invenzione.

DESCRIZIONE DELLE REALIZZAZIONI PREFERITE

Nelle figure 1 e 2 che rappresentano la prima forma d'esecuzione della presente invenzione, l'apparecchio per allineare componenti è disposto in un telaio 100. Un'unità di aspirazione 11 è collegata ad un'unità di testa (non illustrata) ed è in grado di spostarsi su e giù e di ruotare per prelevare componenti elettronici 12 mediante depressione. Nel telaio 100 è ricavato un foro 110 con cui si realizza un percorso, attraverso il quale si possono spostare i componenti 12, prelevati dall'unità di aspirazione 11, per posizionarli nell'apparecchio di allineamento di componenti per verificarne la posizione prima dello spostamento verso la piastra a circuito stampato (PCB).

Una sorgente luminosa 13, atta ad emettere luce 13a verso il componente elettronico 12 aspirato all'estremità dell'unità di aspirazione 11, è disposta su un lato del telaio 100. Come sorgente luminosa 13 sono impiegati un diodo laser o un LED oppure la sorgente luminosa 13 può essere composta accoppiando il diodo laser o il LED con una fibra ottica.

Una piastra di diffusione 14 atta a diffondere la luce 13a, emessa dalla sorgente luminosa 13, verso il componente 12, è disposta tra il componente 12 e la sorgente luminosa 13. Preferibilmente la piastra di diffusione 14 è una piastra di diffusione di tipo trasmittente per mezzo della quale si può trasmettere la luce 13a.

Una lente di messa a fuoco 15 è disposta sul lato opposto della piastra di diffusione 14 rispetto al componente 12, ed un fotorivelatore 16 per rivelare la luce ricevuta dalla lente 15, preferibilmente un componente ad accoppiamento di carica (CCD), è collegato all'altro lato del telaio 100. Un segnale ottico rivelato dal fotorivelatore 16 viene trasferito ad un dispositivo di comando (non rappresentato).

Durante l'esercizio dell'apparecchio per allineare componenti secondo la presente invenzione, quando i componenti elettronici 12, prelevati dall'unità di aspirazione 11, sono posizionati nell'apparecchio di allineamento di componenti attraverso il foro 110 del telaio 100, la sorgente luminosa 13 emette luce 13a verso la piastra di diffusione 14. La piastra di diffusione 14 è realizzata in materiale polimerico trasparente e quindi la luce 13a è trasmessa e diffusa verso il componente 12.

La luce 13a incidente sul componente 12 è messa a fuoco dalla lente 15 attraverso il componente 12 e quindi la luce messa a fuoco è individuata dal fotorivelatore 16. Un segnale ottico rivelato viene trasferito dal fotorivelatore 16 al dispositivo di comando e viene elaborato il segnale.

I dati relativi all'angolo di rotazione del componente 12 sono ottenuti attraverso un valore dell'angolo di rotazione Θ del componente 12, ottenuto da un codificatore disposto in un motore (non rappresentato), che aziona l'unità di aspirazione 11 , durante la rotazione dell'unità di aspirazione 11 , atta a bloccare il componente 12 e sincronizzando il valore Θ con un videosegnale del fotorivelatore 16.

Inoltre si ottengono informazioni circa le posizioni dell'asse X e dell'asse Y del componente 12 attraverso la differenza tra un valore di coordinata di riferimento del centro dell'unità di aspirazione 11 ed il valore di coordinata centrale del componente 12. Cioè un'immagine dell'unità di aspirazione 11 viene rivelata dal fotorivelatore 16 prima del prelievo del componente 12 al fine di ottenere la coordinata centrale dell'unità di aspirazione 11. Quindi si rileva la coordinata centrale del componente 12 spostato mediante aspirazione. Confrontando i valori di coordinata, si possono ottenere dati circa le posizioni del componente 12.

Un segnale rivelato dal fotorivelatore 16 ha lo stesso, modello della distribuzione di intensità della luce 13a diffusa dalla piastra di diffusione 14.

Le informazioni circa il componente 12 individuate dal fotorivelatore 16 possono essere analizzate nel grafico della figura 7. Qui l’asse orizzontale del grafico indica il numero di pixel del fotorivelatore 16 ed il suo asse verticale indica l'intensità della luce diffusa.

Con riferimento al grafico della figura 7, quando la luce è emessa verso il lato del componente 12, l'intensità della luce è ridotta a causa della diffusione. Cioè, la porzione A, avente un'intensità minore di una soglia predeterminata, corrisponde alla larghezza di un'immagine del componente 12 creata dalla luce diffusa verso il componente 12.

Quando il componente 12 viene ruotato di un angolo predeterminato, le dimensioni dell'immagine del componente 12 variano, come indicato nella figura 8.

Qui l'asse orizzontale indica un angolo di rotazione del componente 12 e l'asse verticale indica la posizione dei pixel. Come indicato nel grafico, la larghezza di una forma d'onda di un segnale rivelato dal fotorivelatore 16 varia mentre il componente 12 ruota.

Con riferimento al grafico della figura 8, una forma d'onda 71 mostra la variazione della larghezza di un'immagine laterale del componente 12, modificata lungo un lato del componente 12, ed una forma d'onda 72 mostra la variazione della larghezza di un’immagine laterale del componente 12, modificata lungo l'altro lato del componente 12.

Cioè, quando il componente 12 è rettangolare, l'intervallo B tra il punto 73A ed il punto 73B rappresenta la lunghezza di un lato corto del componente 12, e l'intervallo C tra il punto 74 A ed il punto 74B rappresenta la lunghezza di un lato lungo del componente 12. Inoltre l'intervallo D tra il punto 75A ed il punto 75B rappresenta la lunghezza di una linea diagonale del componente 12.

Come descritto in precedenza, si misura l'intervallo tra due linee curve per ottenere la grandezza dell'immagine laterale del componente 12 rivelata dal fotorivelatore 16 dalle forme d'onda 71 e 72. Così si ottengono la coordinata e l'angolo di rotazione del punto centrale, quando le larghezze del componente 12 sono B e C, cosicché le coordinate dell'asse X e dell'asse Y e l'angolo di rotazione Θ del componente 12 sono a disposizione per individuare un errore rispetto al punto di riferimento.

La sorgente luminosa, la piastra di diffusione ed il fotorivelatore possono avere vari allineamenti, come indicato nelle figure 3-6. Le stesse lettere di riferimento delle figure 1 e 2 indicano elementi uguali.

In dettaglio, con riferimento alle figure 3 e 4 che rappresentano una seconda forma d'esecuzione, una sorgente luminosa 33 viene disposta in alto su un componente 12 ed una piastra di diffusione 34 è disposta su un lato di un'unità di aspirazione 11. Preferibilmente la piastra di diffusione 34 è di tipo riflettente per riflettere e diffondere la luce 33a, emessa dalla sorgente luminosa 33, ed immettere la luce nel componente 12.

La lente 35 atta a mettere a fuoco la luce 33a ed un fotorivelatore 36, atto a rivelare la luce 33a, sono disposti di fronte alla piastra di diffusione 34 rispetto al componente 12.

Con riferimento alla figura 5, che mostra una terza forma d’esecuzione della presente invenzione, una sorgente luminosa 53, una lente 55 ed un fotorivelatore 56 sono disposti su un lato del componente 12 bloccato dall'unità di aspirazione 1 1. Una piastra di diffusione 54 di tipo trasmittente, in grado di trasmettere la luce 53a, è disposta tra il componente 12 e la sorgente luminosa 53.

La luce 53a, emessa dalla sorgente luminosa 53, è trasmessa, attraverso la piastra di diffusione 54, e la luce trasmessa è incidente rispetto al componente 12. La luce 53a è riflessa dal componente 12, messa a fuoco dalla lente 55 e rivelata dal fotorivelatore 56.

Con riferimento alla figura 6, che mostra una quarta forma d'esecuzione della presente invenzione, una prima sorgente luminosa 63a, una seconda sorgente luminosa 63b, una prima piastra di diffusione 64a di tipo trasmittente ed una seconda piastra di diffusione 64b di tipo trasmittente sono disposte su entrambi i lati del componente 12 le une di fronte alle altre. Inoltre una lente di messa a fuoco 65 ed un fotorivelatore 66 sono disposti in modo da essere perpendicolari alla prima ed alla seconda sorgente luminosa 63a e 63b intorno al componente 12.

Il funzionamento dell'apparecchio per allineare componenti secondo le forme d'esecuzione dalla seconda alla quarta è uguale a quello della prima forma d'esecuzione.

Secondo l'apparecchio ed il procedimento per allineare componenti della presente invenzione, la luce emessa viene diffusa per rivelare un'immagine di profilo del componente ed ottenere così le coordinate della posizione ed un angolo del componente. In questo modo si possono ottenere dati precisi per allineare i componenti.

Claims

RIVENDICAZIONI 1. Apparecchio per allineare componenti, comprendente: una sorgente luminosa; una piastra di diffusione per diffondere la luce emessa dalla sorgente luminosa verso il lato del componente; una lente di messa a fuoco per mettere a fuoco la luce diffusa passata attraverso il componente, e un fotorivelatore, atto a ricevere la luce messa a fuoco dalla lente di messa a fuoco per rivelare un'immagine laterale del componente.
2. Apparecchio secondo la rivendicazione 1, in cui la sorgente luminosa e la piastra di diffusione sono disposte su un lato del componente e la lente di messa a fuoco ed il fotorivelatore sono disposti sull'altro lato del componente.
3. Apparecchio secondo la rivendicazione 2, in cui la piastra di diffusione trasmette la luce emessa dalla sorgente luminosa verso il lato del componente.
4. Apparecchio secondo la rivendicazione 1, in cui la sorgente luminosa, la lente di messa a fuoco ed il fotorivelatore sono allineati su un unico lato del componente.
5. Apparecchio secondo la rivendicazione 1, in cui la sorgente comprende una prima ed una seconda sorgente luminosa, che sono disposte su un lato del componente, la piastra di diffusióne comprende una prima piastra di diffusione, disposta tra il componente e la prima sorgente luminosa, ed una seconda piastra di diffusione, disposta tra il componente e la seconda sorgente luminosa, e la lente di messa a fuoco ed il fotorivelatore sono allineati in modo da essere perpendicolari alla prima ed alla seconda sorgente luminosa rispetto al componente.
6. Apparecchio secondo la rivendicazione 5, in cui la piastra di diffusione trasmette la luce emessa dalla sorgente luminosa verso il lato del componente.
7. Apparecchio secondo la rivendicazione 1, in cui la sorgente luminosa è disposta nella parte superiore del componente, la piastra di diffusione è disposta su un lato del compónente e la lente di messa a fuoco ed il fotorivelatore sono disposti sull'altro lato del componente.
8. Apparecchio secondo la rivendicazione 7, in cui la piastra di diffusione riflette la luce emessa dalla sorgente luminosa verso il lato del componente.
9. Procedimento per allineare componenti, comprendente le fasi di: prelevare componenti elettronici; diffondere la luce emessa da una sorgente luminosa con una piastra di diffusione per illuminare il lato del componente; e rivelare un'immagine laterale del componente risultante dalla luce diffusa che viene messa a fuoco da una lente durante la rotazione del componente di un angolo stabilito.