電子部品または電子デバイス用の自動化された検査システムは知られているが、既存のシステムは発光ダイオード(LED: Light Emitting Diode)に関してはほとんど有用でない。LEDを装填、検査および分類分けすることは特に困難である。なぜなら、製造許容度の違いが大きく、および光出力における小さい変化に対して人間の目が敏感であることから、LEDを検査して多数の出力グループに分類分けすることが必要とされるからである。さらに、検査される部品のためのパッケージのサイズおよび接点の配列がしばしば異なる。この課題は、特にLEDの場合に当てはまる。なぜなら、製造者間でほとんど標準化されておらず、しばしば複数の能動要素が一緒に収納されるからである。
図1に関して記載し始めるように、本願明細書で教示される、小型電子デバイス11(図3)を装填し、検査しおよび分類分けするための自動化された検査システム10の実施例は、異なるサイズおよび構成のデバイス11を高速で良好に装填する回転ローダを含んでよい。これは、製造者によって形状が異なることが普通でしばしば接点の複数の組を有するデバイス11、例えば発光ダイオード(LED)にとって望ましい。
検査システム10は、コンベア12と、一つ以上の装填ステーション(例えば第1デバイスローダ14および必須でない第2デバイスローダ16)を含む。第1デバイスローダ14及び第2デバイスローダ16は、移送ステーション18で搬送部15に電子デバイス11を装填する。以下に更に詳細に述べられるように、試験システム10は一つ以上の試験ステーション、例えば第1の試験ステーション20および第2の試験ステーション22を更に含む。搬送部15は、第1検査ステーション20および第2検査ステーション22に対して、検査のために位置合わせされる。検査の後、取り出しステーション25は、デバイス11を取り出す。コントローラ28は、有線または無線の電気通信によって、コンベア12、第1デバイスローダ14、第2デバイスローダ16、第1検査ステーション20、第2検査ステーション22および取り出しステーション25と通信し、各々の動作を検知及び制御する。
コントローラ28は、プロセッサ、メモリ、記憶媒体、通信装置および入出力装置を含むことができる従来の構造を備えている。例えば、コントローラ28は、標準的なマイクロコントローラであってよい。マイクロコントローラは、中央演算処理装置(CPU)、ランダム・アクセス・メモリ(RAM)、読出し専用メモリ(ROM)および入出力ポートを含む。入出力ポートは、本願明細書において記載される特定の処理ステップを実行しシステムを制御するのに要する入力信号及び出力信号の受送信を行う。本願明細書において記載されている機能は、通常、メモリに保存されるプログラミング命令であって、CPUのロジックにより実行される。本願明細書において記載されている機能を実行するコントローラは、外部メモリを使用するマイクロプロセッサであってもよく、又は、他の集積論理回路とマイクロプロセッサ又はマイクロコントローラとの組み合わせを備えてもよい。コントローラ28は、通常、表示装置およびキーボードのような入力装置を有するパーソナルコンピュータに組み込まれているか、またはこのようなパーソナルコンピュータと共に動作する。入力装置及び表示装置は処理制御のための命令の入力及び処理制御の監視に使用される。
述べられるように、第1検査ステーション20および第2検査ステーション22の一方または両方で電子デバイス11を検査するために、第1デバイスローダ14および必須でない第2デバイスローダ16から搬送部15へ電子デバイス11が装填される。図2および図3は、デバイスローダ14の実施例を示す。デバイスローダ16の装填プレートが、デバイスローダ14の装填プレートと反対方向へ任意に回転することを除き、デバイスローダ16はデバイスローダ14と同様に構成される。
デバイスローダ14は、回転ローダである。すなわち、基本的に、デバイスローダ14は、部品ポケット32内に電子部品または電子デバイス11を捕獲するために回転する装填プレート30を備える。装填プレート30の回転は、更に、デバイス11が搬送部15へ転送される場所に部品ポケット32を移動させる。回転ローダと関係しうる部品の装填方式には2種類がある。第1は、部品の長軸が装填プレートの上面と直角をなすように、装填プレートの部品保持ポケットが部品を配向する垂直式ローディング(vertical loading)である。部品は、基本的に装填プレートに対して垂直に直立している。特に、識別可能な平坦な側面が部品の形状にない場合には垂直装填が必要である。フラットローディング(flat loading)は、一般に、装填プレートが、装填プレートの端部の代わりに装填プレートの上面に浅い部品ポケットを有している場合を意味する。部品は、本体を装填プレートの上部に平行にしたまま横になった状態になる。図2および3において、装填プレート30は、デバイス11の長軸34が装填プレート30の上面36と直角となるようにデバイス11を配向する部品ポケット32を有する。したがって、図2および3は、垂直式回転ローダを示す。
典型的な垂直式回転ローダは、水平方向に対して45〜60度の傾斜した角度で配置される装填プレートを備える。効率的な装填を可能にするために、対向面は傾斜角に対して垂直である。
本願明細書に記載されるデバイスローダ14は、これと対照的である。装填プレート30は、くさび形部38の表面上での回転運動のために載置される。具体的には、装填プレート30は、様々な従来の技術に従いくさび形部38内部に支持される回転可能シャフト40に、取り外し可能に載置される。回転可能シャフト40は、従来手段により回転可能である。多種多様な設計の選択肢があるため、例えば図2で模式的に示すように、回転可能シャフト40は、ベルト42に連結され、次にベルト42はモータ48の出力軸44に連結される。回転可能シャフト40を動かすための構成要素、ここでは例えば、ベルト42、出力軸44およびモータ48は、くさび形部38の内部空間の中に支持されることが好適であるが必須ではない。しかしながら、回転可能シャフト40を回転するための手段の全ての一部は、他の場所で支持されていてよい。モータ48が動作すると、出力軸44が回転してベルト42を動かす。次に、ベルト42が回転可能シャフト40を動かす。本実施例において、回転可能シャフト40は、図2の矢で示すように、時計回り方向に装填プレート30を回転させる。
図示されるように装填プレート30の形状は円形であるが、それは円形が、「無限に続く」処理を提供できハードウェア設計が最も単純な形状だからである。しかし、略丸みを帯びた他の形状であっても本願明細書の教示に基づいて利用可能である。装填プレートの中央部分を取り除いて、特に円環状のプレート形状を形成することは必須ではないが、プレート直径を非常に大きくする必要があり不安定なプレート材料を使用する必要がある場合には典型的である。中央部分を取り除くことは、内部応力を軽減して、プレートに反りが生じる機会または程度を低減する。このような場合、軸40またはその端の直径は、プレートの中央の大きな穴に対応するために比較的大きくなる。この例では、装填プレート30の直径は200mmと比較的小さいので、反りの問題は生じない。
部品ポケット32からデバイスの容易に取り出すための多種多様の装填プレート30の構成が存在するので、装填プレート30についてこのような構成の詳細は示さない。そのような構成は、例えば、装填プレート30が回転するときにくさび形部38の開口部に位置合わせされる部品ポケット32の底の開口部を含む。ポケット32の内部に支持される電子デバイス11は、移送ステーション18の連続した通路に落ちて搬送部15に載置される。
くさび形部38は、図3に示される直線Aにより定義される水平方向に関して傾けられる。くさび形部38は傾けられるので角度αは0度より大きい。ここで、くさび形部38は、45度未満の角度αで傾けられる。装填プレート30がくさび形部38の上面50と並列に配置されるので、装填プレート30も45度未満の傾斜αの角度で水平線Aから傾けられる。ここに示した例では、傾斜αの角度は約30度である、しかし、傾斜αの角度は約20から35度の間で変わってもよい。好ましくは、傾斜αの角度は、約25〜30度の間にある。装填プレート30は、通常、軽量な非導電性材料(例えばプラスチック)でできているが、これは必ずしも必須ではない。
装填壁54は、装填プレート30の下部外周縁部52の一部のまわりに位置する。より詳しくは、装填壁30は円弧状になっており、下部外周縁部52の最下位点のまわりに延在する。装填壁30は、下部外周縁部52の最下位点のまわりに均等に延在してよい。しかし好ましくは、装填壁54は、装填プレート30の回転方向と反対に伸長するよりも、装填プレート30の下部外周縁部52に沿って装填プレート30の回転方向により遠くまで伸長する。その理由は、以下に述べられる。
装填壁54はくさび形で、円弧状外壁56および円弧状内壁58を含む。デバイスローダ14は、多量のデバイス11が供給される大きな入力口66を有するホッパー64を含む。説明の簡単のため図示しないが、ホッパー64は加振機(shaker)に連結されてもよい。加振機は、振動を与えて、ホッパー64の底面の開口を経由してデバイス11をシュート68へ移動させる。シュート68は、デバイス11を装填壁54の内壁58に向ける。本願明細書に示すように、ホッパー64は、回転により装填プレート30および装填壁54の方へ動いたり離れたりしてこれらの構成要素がホッパー64と干渉しないで交換できるように、回転可能なサポート70に載置されている。図2において、ホッパー64は、デバイス11が装填壁54の上部エッジ72越しに供給されるように配置される。上記は考えられる1つの構成であって、装填プレート30およびくさび形部38の詳細を不明瞭にしないために本明細書に示したものであるが好適ではない。好ましくは、ホッパー64は、装填プレート30より上方に設けられ内壁58に対向するシュート68の開放端を有する可動かつ伸長可能なアームに載置される。装填壁58にデバイス11を装填するために様々方法を用いることができる。本発明と共に用いることができるホッパー64の一例の詳細は、1998年12月1日に発行され、オレゴン州、ポートランドのオレゴン州ポートランドのエレクトロ・サイエンティフィック・インダストリ社に譲渡された米国特許第5,842,579号に示されている。
円弧状内壁58は、装填面60および保持面62を有する。保持面62は、装填プレート30の外縁部と平行である。具体的には、保持面62は外縁部52と並行である。これは、図3に示すように保持面62が装填プレート30に関して直角(すなわち、垂直である)に配置されることを意味する。装填面60は、装填プレート30の外縁部52により形成される垂直線Bから、装填プレート30の上面36に対して角度βだけ傾けられて配置される。装填面60も、保持面62に対して傾けられており、これを「後ろに傾けられる」と表記する。装填面60が後ろに傾けられる傾斜βの角度が十分に大きく、大多数のデバイス11が装填プレート30の上面36の代わりに装填面60に寄りかかることができるように装填面60が水平線Aに対して十分に平坦でなければならない。一方では、傾斜βの角度があまりに大きい場合には、デバイス11は、ホッパー64から供給されたあとに慣性を克服して装填面60を滑り降りるために充分な重力を有しない。ここに示した例では、装填面60の傾斜βの角度は、25度である。しかしながら、装填面60は、約20〜30度の間の角度で後ろに傾けられることができて、図示のデバイス11、すなわち長軸34と比較的平坦な輪郭を有するデバイス11について効果的な搭載を達成できる。実際の角度βは、デバイス11のサイズおよび形状、ならびに以下に説明するような装填プレート30の形式に依存する。目的は、効率的な装填が得られるように、水平方向に対して十分にフラットで且つ装填プレート30の部品ポケット32の角度と十分に平行である装填面60が得られる傾斜βの角度を選択することである。効率的な装填とは、デバイス11の最小の損傷と比較的高い装填速度を意味する。いずれにしても、傾斜βの角度は、約50度未満でなければならない。好ましくは、傾斜βの角度は45度未満である。そして、より好ましくは傾斜βの角度は35度未満である。
保持面62の長さ(本願明細書において、高さと表記する)は、通常、装填プレート30の外周縁部52の長さ(または高さ)と同様である。しかしながら、保持面62は、外周縁部52より長いかより短くしてもよい。図3において、例えば、くさび形部38の上面50より上方の保持面62の高さh1は、くさび形部38の上面50より上方の装填プレート30の上面36の高さh2未満である。装填プレート30の外周エッジ52の中に位置する部品ポケット32については、図3のより短い高さh1は、装填プレート30の上面36でクリアランスを増加させることによって、効率的な装填を補助するのに役立つ。保持面62の高さh1がh2より長い場合は、パフォーマンスの重要な変化が見られなかった。装填プレート30の外縁部62の近くで群れになって部品ポケット32への装填を待っている多くのデバイス11に対して、装填面60が充分な支持スペースを提供する限り、装填面60の長さは特に重要でない。
本明細書で示される構成では、効率的な装填が可能である間は、装填プレート30は水平線Aからの角度が比較的急なものに限定されず、装填壁54は装填プレート30の端の角度に合致するものに限定されない。これらの理由により、特に装填プレート30の角度を新たに浅くすることにより、装填の時に、「フラット」な方向に部品が配向されている状態で、すなわち、部品本体が装填プレート30の上面36にほぼ平行である状態で部品を装填するためにデバイスローダ14を用いられることもできる。このような変更に影響を及ぼすべく、回転可能シャフト40との連結から装填プレート30を除く。そして、他の装填プレート、例えば、フラットローディングのために部品ポケットが新規な装填プレートの上面に形成される装填プレートが回転可能シャフト40に取り付けられる。
装填プレート30の交換後、新たなサイズおよび形状のデバイス11を効果的に装填できるような装填面60、保持面62及び傾斜角βの構成を持つ新たな装填壁へと、装填壁54を置き換えてよい。この変更をもたらすために、装填壁54は、くさび形部38に取り外し可能に取り付けられていてよい。取り外し可能な取り付けには、クランプ、クリップ、デテント(detent)などが含む多くの方法がある。装填壁54は、くさび形部38の上面50に取り付けられていてよい。本実施例において、装填壁54は凹部74内に載置される。凹部74は、装填壁54の外輪郭に適合する形状に上面50を穿ることにより形成される。これは、装填壁54の一部分76が上面50の下に位置することを意味する。好ましくは、くさび形部38は、装填壁54と同じ材料又は装填壁54より固い材料で作られる。凹部74の大きさは、装填壁54を凹部74へ押し込んで係合させることにより、装填壁54の一部分76が確実に嵌合するように定められている。このため、単に装填壁54を凹部74から持ち上げるだけで取り外すことができる。この構成の他の選択肢として、凹部74の外周縁部に沿ってデテントを設け、装填壁54の一部分76の外周縁部に沿って設けたデテントと嵌合させてもよい。
フラットローディングのために装填壁54を交換することに加えて、他のいかなる器材を変更せずに装填壁54を効率のために変更してもよい。すなわち、例えば使用される装填プレートが同じでも異なるサイズのデバイスを装填し検査する場合には異なる装填壁を使用してもよい。装填面60と保持面62を含む装填壁面は、他の機能と区別して、装填効率の変化に影響を及ぼすために独自に細工されてよい。これは特に、パッケージの大きさが2mmから10mmの範囲で異なるのが一般的なLEDについて望ましい。さらに、ローダ14、16の変更が、装填壁54の変更と装填プレート30の任意の変更だけであるため、異なるデバイス11に対する切替時間が大幅に低減される。くさび形部38及び装填プレート30を支持する他の構成要素の変化は不要である。
装填壁54は、好ましくはプラスチック材料のような軽量、非導電性材料を備えるが、これは必ずしも必須ではない。
運転中には、デバイスローダ14、16に電子デバイス11が入れられる。デバイスローダ14、16で電子デバイス11が単体化(singulated)されてもよい。単体化の後に、デバイスは、移送ステーション18で、デバイスローダ14、16からコンベア12へ移される。移送ステーション18は、機械的手段又は空気圧手段を使用して、デバイスローダ14、16から搬送部15へ電子デバイス11を個別に移動するように構成される。
コンベア12は、間欠送りするか予め定められた量だけ移動して、順次電子デバイス11を第1検査ステーション20および第2検査ステーション22に近接させる。コンベア12は、連続周回路内で搬送部15を支持して動かすように構成される。コンベア12は、いかなる適切な幾何学的配置に形成され、いかなる適切な係合機構を有していてもよい。例えば、運搬装置12は、搬送部15を支持する上面を有し互いに離間する第1のレールおよび第2のレールと、搬送部15に係合される複数の止め具と、モータ(図示せず)または他の適当手段により位置が間欠送りされるベルト、チェーンまたはケーブルを含んでいてよい。このように、ベルト、チェーンまたはケーブルの移動が止め具を動かして、これに接続された搬送部15のいずれもコンベア12の経路に沿って移動させる。
第1検査ステーション20および第2検査ステーション22は、例えば、漏れ電流、順方向動作電圧、出力電圧、電流引き込み(electrical current draw)等のパラメータについて、電子デバイス11を測定するように構成されてよい。これらの機能を実行できる代表的な電源/測定装置130は、オレゴン州ポートランドのエレクトロ・サイエンティフィック・インダストリ社製のModel 616 Test and Measurement Sourceである。また、電子デバイス11がLEDである場合、例えば光束およびスペクトル光出力のような光出力パラメータについても電子デバイス11が測定されてもよい。これは、例えば、分光光度計および積分球を用いて実施できる。
検査の後に、電子デバイス11は、取り出しステーション25で取り出される。取り出しステーション25は、検査結果に基づき、容器アセンブリ(bin assembly)24及び取り出しアセンブリ26を使って電子デバイス11を分類分けするように構成されてよい。容器アセンブリ24は多くの容器を含んでおり、取り出しアセンブリ26は、例えば選択的に加えられる圧縮空気によって、個別に電子デバイス11を、容器アセンブリ24から選択された1つの容器へ取り出す。
試験システム10の典型的サイクル時間は、1時間当たり32,000台のデバイスのスループットを予定している。これは、処理の各ステップについて1デバイス当たり225msのサイクル時間を許容する。典型的なシステムのコンベア12は、ある位置から次の位置へ100msで間欠送りするので、各ステップについて125msが残る。
本願明細書において詳細に説明したように、デバイスローダ14、16の使用は、装填プレートと水平方向との角度の変更のような大きな変更を必要とすることなく、垂直式ローディングおよびフラットローディングの両方が可能な1つのローダを好適に提供する。垂直式ローディングかフラットローディングかの選択肢は、特にLEDパッケージのために有利である。LEDパッケージには様々な形状があり、搭載方法によって搭載効率が変わるからである。
加えて、傾斜角が浅い装填プレートの使用は、壊れやすいパーツ(例えばセラミック体LED)にとって望ましい。角度の減少は部品に働く重力を低減する。そして通常の搭載処理の間に、LEDがローダ14、16の表面やLED同士でぶつかる際の損傷力を減らす。反対に、傾斜が急な場合には部品が積み上げる傾向がある。
本発明は、ある実施形態に関連して説明されているが、本発明は、説明された実施形態に限られるものではなく、むしろそれとは反対に、添付の特許請求の範囲に含まれる様々な変形及び均等な構成を網羅することを意図することを理解するべきであり、その範囲は、法律により許される変更態様及び均等な構造の全てを含むべく、最も幅広い解釈を与えられるものである。