NL1002410C2 - Een systeem en een werkwijze voor het monteren van elektronische componenten. - Google Patents

Description

Titel: Systeem en werkwijze voor het monteren van elektronische componenten.

De uitvinding heeft betrekking op een techniek voor het automatisch monteren van elektronische componenten op een bord, zoals een bedrukt ketenbord.

Voor het monteren van halfgeleiderinrichtingen zoals 5 een geïntegreerde keten, op grote schaal-geïntegreerde keten, diodes, condensatoren, weerstanden, en andere kleine elektrische eenheden op een bedrukt ketenbord, wordt gebruik gemaakt van een volledig automatisch montagesysteem.

Het bovengenoemde montagesysteem omvat geleiderails die 10 een bedrukt ketenbord (PCB) geleiden en posities definiëren van het PCB op een borddraagtrap, componentsteuntrappen voor het vasthouden van diverse soorten elektronische componenten die gemonteerd moeten worden op het PCB, en monteerkoppen die horizontaal bewegen in de richting van een X-as en een 15 Y-as voor het dragen van de elektronische componenten vanaf de componentsteuntrappen naar het PCB voor het monteren van de componenten. Elke monteerkop heeft vacuümbits, dat wil zeggen adsorptiemondstukken, welke op en neer bewegen over de borddraagtrap en componentsteuntrappen. Een veelvoud van 20 vacuümbits wordt gedragen door een bitdrager of in andere woorden een bithouder die het mogelijk maakt dat de vacuümbits worden geselecteerd en vervangen en dat een vooraf bepaald vacuümbit wordt geïnstalleerd in de monteerkop volgens de grootte en soort van op het PCB te 25 monteren elektronische componenten.

De vacuümbits zijn verbonden met een vacuümpomp die veroorzaakt, dat een passage of holte binnen het vacuümbit op een bepaalde negatieve druk wordt gehouden zodat het vacuümbit door middel van vacuüm een elektronische component 30 kan vasthouden. Teneinde automatisch te detecteren of het vacuümbit het onderdeel oppakt of niet, heeft elk vacuümbit 1002410 2 een druksensor die de drukwaarde van het gat of de holte in het mondstuk voelt.

De binnenzijde van de holte wordt in hoofdzaak op atmosferische druk gehouden wanneer het vacuümbit niets 5 vasthoudt, en de holte bereikt een subatmosferische druk steeds wanneer het vacuümbit een elektronische component oppakt of vasthoudt. Daarom detecteert de druksensor een drukwaarde die ofwel vrijwel gelijk is aan ofwel lager is dan een voorafbepaalde druk om uit te vinden wat de status 10 is van het vacuümbit ten opzichte van de elektronische component.

De vacuümbits van de bithouder verschillen van elkaar in diameter, en er is verschil in de druk waarmee de elektronische componenten worden vastgehouden door de 15 respectieve vacuümbits.

Als de druk waarmee de vacuümbits componenten oppakken, vooraf op een bepaald niveau is bepaald, detecteert de druksensor of dat vacuümbit de component op correcte wijze oppakt. Als echter de eerste vacuümbit wordt vervangen door 20 een andere vacuümbit, houdt het laatstgenoemde vacuümbit de component niet vast met dezelfde voorafbepaalde druk als het eerste vacuümbit. Bovendien heeft elk vacuümbit verschillende adsorbeerdrukniveaus in afhankelijkheid van de monteerconditie ten opzichte van de monteerkop.

25 Wanneer de druksensor detecteert dat een elektronische component niet wordt vastgehouden door het vacuümbit tijdens de oppakoperatie, beweegt de monteerkop niet de borddraag-trap maar in plaats daarvan naar een uitlaat, en het vacuümbit wordt voorzien van constante druk. Dit montage-30 systeem is ontworpen om een verkeerd functioneren van de druksensor in beschouwing te nemen, dat wil zeggen een mogelijkheid dat een elektronische component in werkelijkheid wordt vastgehouden door het vacuümbit zelfs wanneer de druksensor niet detecteert dat het vacuümbit de component 35 oppakt. Dergelijke fouten kunnen elektronische componenten verspillen en op nadelige wijze de assembleerprestatie van elektronische componenten beïnvloeden.

1002410 3

Bijgevolg verschaft de onderhavige uitvinding een systeem en een werkwijze voor het monteren van elektronische componenten, welke een correcte detectie van de oppakcon-ditie van het vacuümbit verzekeren.

5 De onderhavige uitvinding verschaft een werkwijze voor het monteren van elektronische componenten op een bedrukt ketenbord met een systeem dat componentdraagtrappen heeft voor het vasthouden van genoemde elektronische componenten met monteerkoppen met losmaakbare vacuümbits 10 voor het oppakken van de elektronische componenten en een borddraagtrap voor het vasthouden van het bedrukte ketenbord, welke methode de stappen omvat van het detecteren van een eerste drukwaarde van een bepaald vacuümbit wanneer dat bepaalde vacuümbit zich in een open toestand bevindt; 15 het detecteren van een tweede drukwaarde van het bepaalde vacuümbit wanneer dat bepaalde vacuümbit zich in een gesloten toestand bevindt; het bepalen van een drempelwaarde in respons op de gedetecteerde eerste en tweede drukwaarden van het bepaalde vacuümbit; en het verplaatsen van de 20 monteerkoppen naar de borddraagtrap in respons op een bepaling, dat de drukwaarde van het vacuümbit waarbij de elektronische component wordt opgepakt, genoemde drempelwaarde overschrijdt.

In een ander aspect omvat het onderhavige systeem 25 voor het monteren van elektronische componenten op een bedrukt ketenbord een componentdraagtrap voor het vasthouden van genoemde elektronische componenten met monteerkoppen met losmaakbare vacuümbits voor het oppakken van de elektronische componenten; een borddraagtrap voor het vasthouden van 30 het bedrukte ketenbord waar de elektronische componenten worden gemonteerd; een druksensor voor het detecteren van een eerste drukwaarde van een bepaald vacuümbit waarbij het bepaalde vacuümbit zich in een open toestand bevindt, en een tweede drukwaarde van het bepaalde vacuümbit waarbij het 35 bepaalde vacuümbit zich in een gesloten toestand bevindt; middelen voor het bepalen van een drempelwaarde in respons op de gedetecteerde eerste en tweede drukwaarden van het 1 0 0 2 A 10 4 bepaalde vacuümbit; en middelen voor het verplaatsen van de monteerkoppen naar de borddraagtrap in respons op een bepaling dat de drukwaarde van het vacuümbit waarbij de elektronische component wordt opgepakt, genoemde drempel-5 waarde overschrijdt.

De uitvinding zal nader worden verduidelijkt door de hierna volgende meer gedetailleerde beschrijving van een voorkeursuitvoeringsvorm van de onderhavige uitvinding onder 10 verwijzing naar de tekening, waarin: fig. 1 een schematisch bovenaanzicht is van een systeem voor het monteren van elektronische componenten volgens een voorkeursuitvoeringsvorm van de onderhavige uitvinding; fig. 2 een schematisch vooraanzicht is van het in 15 fig. 1 getoonde systeem; fig. 3 een blokdiagram is van een besturingsketen voor het in fig. 1 getoonde systeem; en fig. 4 een stromingsschema is van de werking van het in fig. 1 getoonde systeem.

20

Thans wordt verwezen naar de figuren 1 t/m 4, die voorbeelden illustreren van een voorkeursuitvoeringsvorm van de onderhavige uitvinding.

Onder verwijzing naar de figuren 1 en 2 heeft het 25 montage-apparaat voor elektronische componenten een paar hoofdsteunen 1 en 2 evenwijdig opgesteld, alsmede respectievelijk met de hoofdsteunen 1 en 2 geassocieerde geleidings-rails 3 en 4. Een dwarsbalk 5 is orthogonaal gericht ten opzichte van de hoofdsteunen 1 en 2, en de eindgedeelten van 30 die dwarsbalk 5 zijn respectievelijk gekoppeld met de geleidingsrails 3 en 4 voor geleiding langs de hoofdsteunen 1 en 2 in de richting van de Y-as. Met de dwarsbalk 5 is schuifbaar een hoofdeenheid 6 gekoppeld voor beweging in de richting van de X-as.

35 Om de dwarsbalk 5 in de richting van de Y-as te bewegen, is een door een motor 7 aangedreven schroefstaaf 8 roteerbaar gecombineerd met de hoofdsteun 2. De schroefstaaf 1002410 5 8 grijpt in op een eindgedeelte van de dwarsstaaf 5. Aan de dwarsbalk 5, evenwijdig daar aan, is een tussenstaaf 10 gemonteerd. Aan de uiteinden van de tussenstaaf 10 zijn tandwielen 11 en 12 bevestigd, welke ingrijpen op 5 tandheugels 13 en 14 die respectievelijk zijn bevestigd aan de hoofdsteunen 2 en 1. Aldus beweegt de dwarsstaaf 5 in de richting van de Y-as wanneer de schroefstaaf 8 wordt aangedreven door de motor 7. Dan roteren de in aangrijping met de tandheugels 13 en 14 zijnde tandwielen 11 en 12, en 10 bewegen aldus de dwarsstaaf 5 in de richting van de Y-as onder een rechte hoek ten opzichte van de hoofdsteunen 1 en 2.

Aan de dwarsstaaf 5 is een schroefstaaf 15 roteerbaar bevestigd om de hoofdeenheid 6 in de X-richting te bewegen. 15 De schroefstaaf 15 is in aangrijping op de hoofdeenheid 6, en kan worden aangedreven door een (niet weergegeven) tempeerband die beweegt over een (niet weergegeven) pulley die is aangebracht op de as van een motor 16 en een (niet weergegeven) pulley die is aangebracht op de schroefdraad 20 15.

Een paar geleide-organen 21 en 22 zijn evenwijdig opgesteld onder de hoofdsteunen 1 en 2 die zich orthogonaal uitstrekken ten opzichte van de geleide-organen. De geleide-organen 21 en 22 vormen een transporteermiddel voor het 25 overdragen van een bedrukt ketenbord (PCB) 20. De PCB 20 wordt geleid naar een voorafbepaalde positie op een (niet weergegeven) borddraagtrap door de geleide-organen 21 en 22. Het geleide-orgaan 21 kan worden verplaatst naar het geleide-orgaan 22 toe en van het geleide-orgaan 22 af in 30 overeenstemming met de grootte van de PCB 20.

Aan weerszijden van de door de geleide-organen 21 en 22 gevormde transporteerinrichting is een veelvoud van componenttrappen 23 voor het dragen van diverse elektronische componenten verschaft. Aan de hoofdeenheid 6 35 is een veelvoud van monteerkoppen 24 aangebracht voor het monteren van de component van elke componenttrap 23 op de PCB 20.

1002410 6

Zoals getoond in fig. 2, heeft een monteerkop 24 een vacuümbit 25 (mondstuk) dat omhoog en omlaag kan bewegen.

Het vacuümbit 25 pakt een component op van de componenttrap 23 en monteert de component op een voorafbepaalde positie op 5 de PCB 20 door het verplaatsen van de dwarsstaaf 5 langs de hoofdsteunen 1 en 2 in de richting van de Y-as en door het tegelijkertijd verplaatsen van de monteerkop 24 langs de dwarsstaaf 5 in de richting van de X-as. Om de component op te pakken, beweegt het vacuümbit 25 eerst omlaag naar de 10 componenttrap 23, en dan omhoog en naar de voorafbepaalde positie op de PCB 20. Daarna wordt de component gemonteerd op de voorafbepaalde positie van de PCB 20 door het vacuümbit 25 te laten zakken.

Het vacuümbit 25 heeft een mondstukgat 26 dat communi-15 ceert met een vacuümpomp 27. De component wordt opgepakt en tegen het uiteinde van het vacuümbit 25 gehouden door vacuümdruk die wordt verschaft door de vacuümpomp 27 door het mondstukgat 26. Er is een druksensor 28 aanwezig voor het detecteren van de druk in het mondstukgat 26, welke de 20 atmosferische druk benadert wanneer het vacuümbit 25 vrij van de component is en, onder gebruikmaking van de vacuümpomp 27, is ingesteld bij een voorafbepaald niveau onder atmosferische druk wanneer het vacuümbit 25 een component vasthoudt. Hoewel fig. 2 slechts een enkele druksensor 28 25 toont die is geïnstalleerd in een enkele monteerkop 24, zijn dezelfde druksensoren in werkelijkheid aanwezig voor elke monteerkop 24.

Fig. 3 is een blokdiagram van een besturingsketen voor het onderhavige systeem voor het monteren van elektronische 30 componenten. Door de druksensor 28 geproduceerde detectie-signalen worden ingevoerd in een centrale verwerkingseenheid 31 van de besturingsketen door een analoog/digitaal omzetter of interface. Een besturingssignaal wordt gegenereerd door een besturingspaneel 32 en overgedragen naar de CPU 31. De 35 CPU 31 genereert dan besturingssignalen en draagt deze over aan de motor 7 voor het aandrijven van de vacuümpomp 27 en voor het bewegen van de dwarsstaaf 5 in de richting van de 1002410 7 Y-as en naar de horizontale kopaandrijfmotor 16 voor het aandrijven van de kopeenheid 6 in de richting van de X-as, en naar een verticale vacuümbitaandrijfmotor 33 voor het omhoog en omlaag bewegen van het vacuümbit.

5 De CPU 31 is intern of extern voorzien van een opslag medium, zoals een uitsluitend leesbaar geheugen (ROM) waarin een besturingsproces voor de bovengenoemde motoren is opgeslagen, en een willekeurig toegankelijk geheugen (RAM) voor het registreren van de besturingsinformatie. Van een veel-10 voud van vacuümbits 25, die worden gedragen door een in fig. 1 getoonde bithouder 29, wordt er één gebruikt in overeenstemming met de grootte of soort van op te pakken elektronische componenten W. De voor de elektronische component W geschikte vacuümbit 25 wordt geselecteerd en 15 wordt aan de monteerkop 24 gemonteerd in overeenstemming met de elektronische component W.

Aangezien de druk binnen holten varieert tussen de vacuümbits 25, worden de vacuümbits 25 bij het oppakken van elektronische componenten verplaatst naar een testorgaan dat 20 is opgesteld bij een voorafbepaalde positie, met de holten gesloten, voordat één van de vacuümbits 25 wordt geselecteerd en aan de monteerkop 24 gemonteerd. De drukwaarde waarbij de vacuümbit 25 gesloten is (of zich in een "sluitende" toestand bevindt), wordt gedetecteerd door de 25 druksensor 28 en overgedragen naar de CPU 31 om extern of intern te worden geregistreerd in het bijbehorende geheugen 34. Op vergelijkbare wijze wordt de drukwaarde waarbij het vacuümbit 25 open is (of zich in een "openende" toestand) bevindt, eveneens gedetecteerd door de druksensor 28 en 30 opgeslagen in het geheugen 34.

Op basis van de bovengenoemde drukwaarden bepaalt de CPU 31 een drempelwaarde waarbij het vacuümbit 25 de elektronische component W zeker vasthoudt. De drempelwaarden worden opgeslagen in het geheugen 34. De met de vacuümbit 25 35 corresponderende drempelwaarden worden verschaft aan de monteerkop 24 voordat een oppakoperatie wordt uitgevoerd.

1 0 0 2 A 10 8

Fig. 4 schetst de stappen voor het doen werken van het onderhavige systeem voor het monteren van elektronische componenten volgens een voorkeursuitvoeringsvorm van de onderhavige uitvinding.

5 Wanneer een startschakelaar op het besturingspaneel 32 wordt aangeschakeld (SI), wordt de monteerkop of worden de monteerkoppen 24 verplaatst naar de bithouder 29 van fig. 1 (S2).

Het vacuümbit 25 van de monteerkop 24 beweegt naar de 10 voorafbepaalde componenttrap 23 door simultaan de dwarsstaaf 5 in de x-richting en de monteerkop 24 langs de dwarsstaaf in de X-richting te bewegen. Hier wordt de holle staaf 40 omlaag verplaatst of verlaagd door de aandrijfkracht van de motor 45, zodanig dat het vacuümbit 25 contact maakt met de 15 component. De component wordt dan opgepakt en tegen het vacuümbit 25 gehouden door de door de vacuümpomp 27 verschafte vacuümdruk.

Het uiteinde van het vacuümbit 25 dat gemonteerd is aan de monteerkop 24, wordt niet geopend, en terwijl de vacuüm-20 pomp 27 wordt aangedreven, wordt de druk waarbij het vacuümbit 25 zich in de openende toestand bevindt, gedetecteerd door de druksensor 28 (S4) en ingevoerd in het geheugen 34. Dan wordt de sluithandeling van het vacuümbit uitgevoerd (S5). Daarna wordt het vacuümbit 25 verplaatst naar een 25 testgebied dat is voorzien van een voorafbepaalde mate van vlakheid, en het vacuümbit 25 wordt omlaag verplaatst en dan gesloten. Op dit moment wordt de drukwaarde waarbij het vacuümbit 25 zich in de sluitende toestand bevindt, gedetecteerd (S6) door de druksensor 28. De druksensor 28 bepaalt 30 de status van een oppakhandeling van het vacuümbit 25 volgens de gedetecteerde drukwaarde waarbij het vacuümbit 25 zich in de openende en sluitende toestanden bevindt. Door het CPU 31 (S7) wordt een drempeldrukwaarde bepaald en opgeslagen in het geheugen 34, waardoor de preparatie voor 35 het monteren van elektronische componenten wordt voltooid.

Wanneer de kopeenheid drie monteerkoppen 24 heeft, zoals getoond in fig. 1, worden drie sets van drempelwaarden 1002410 9 voor elk op de monteerkop 24 gemonteerde vacuümbit 25 berekend. Al de voorafbepaalde elektronische componenten worden gemonteerd op het PCB 20 (S8). Wanneer het monteren is voltooid voor de PCB 20, wordt een nieuwe printplaat 5 zonder gemonteerde elektronische componenten overgedragen door de geleide-organen 21 en 22 naar een voorafbepaalde positie van de borddragende trap. Als de druksensor 28 een negatieve drukwaarde detecteert voorbij een voorafbepaalde drempel zelfs wanneer de oppakoperatie is uitgevoerd, kan 10 het een foutieve operatie zijn. De monteerkoppen 24 worden teruggekeerd naar een afvalpositie, en de vacuümtoestand wordt opgeheven.

Indien de CPU 31 bepaalt (S9) dat de operatie voor het monteren van elektronische componenten van een ander type op 15 een nieuwe printplaat, na het voltooien van de stappen voor het monteren van elektronische componenten van hetzelfde type als de vorige op de PCB, wordt bij S10 de monteerope-ratie gestopt. Bij voorkeur wordt het berekenen van drempelwaarden van de respectieve vacuümbits 25 uitgevoerd steeds 20 wanneer de vacuümbits 25 worden gemonteerd op de monteerkoppen 24, en een dergelijke berekening kan ook worden uitgevoerd steeds wanneer het proces voor het monteren van een voorafbepaald aantal elektronische componenten W voltooid is, in geval negatieve druk wordt gevarieerd met herhaling 25 van de oppakoperatie.

Zoals bovenstaand vermeld is het, aangezien de drempelwaarde van elk vacuümbit 25 met hoge nauwkeurigheid wordt gedetecteerd door de corresponderende druksensor 28, mogelijk om een foutief oordeel of foutieve berekening van de 30 oppaktoestand van de vacuümbits 25 te voorkomen. Bijgevolg vermijdt het onderhavige systeem elke foutieve operatie tijdens de stappen voor het monteren van elektronische componenten op een bedrukt ketenbord, en verbetert de doelmatigheid van componentmontage evenals de produktie-35 opbrengst.

De voorkeursuitvoeringsvorm van de onderhavige uitvinding is besproken bij wijze van voorbeeld, en de in de 1 0 0 2 A 10 10 aangehechte conclusies vermelde uitvinding is niet beperkt tot de geïllustreerde uitvoeringsvorm. Deskundigen zullen inzien dat ontwerpveranderingen kunnen worden aangebracht aan de voorbeelduitvoeringsvorm zonder af te wijken van de 5 omvang van de conclusies.

1002410

Claims (6)

1. Werkwijze voor het monteren van elektronische componenten op een bedrukt ketenbord voor gebruik in een stelsel met een centrale verwerkingseenheid, tenminste een componenten ondersteunend element voor het vasthouden van de elektro-5 nische componenten, tenminste een monteerkop met een losneembare vacuümklem, die bedrijfbaar is tussen geopende en gesloten standen voor het oppakken van de elektronische componenten en een bordondersteunend element voor het vasthouden van het bedrukte ketenbord, welke methode de 10 stappen omvat van: het detecteren van een eerste drukwaarde verbonden met een vacuüm in de tenminste ene vacuümklem wanneer de vacuümklem zich in open stand bevindt; het detecteren van een tweede drukwaarde verbonden met 15 een vacuüm in de tenminste ene vacuümklem wanneer de vacuümklem zich in een gesloten stand bevindt; het door de centrale verwerkingseenheid bepalen van een drempelwaarde gebaseerd op de gedetecteerde eerste en tweede drukwaarden, die de druk aangeeft, waarbij een elektronische 20 component stevig door de vacuümklem wordt vastgehouden; het verplaatsen van de tenminste ene monteerkop naar het tenminste ene componenten ondersteunende element teneinde te trachten een elektronische component op te pakken, en het verplaatsen van de ten minste ene monteerkop naar 25 het bordondersteunend element in respons op een bepaling, dat de drukwaarde in de vacuümklem waarbij de elektronische component wordt opgepakt, de drempelwaarde overschrijdt, teneinde de elektronische component op het bedrukte ketenbord te plaatsen.

2. Werkwijze volgens conclusie 1, waarbij de drempelwaarde zich bevindt tussen de eerste en tweede drukwaarden in.

3. Stelsel voor het monteren van elektronische componenten op een bedrukt ketenbord, omvattende: tenminste een componenten ondersteunend element voor het 35 vasthouden van de elektronische componenten; 1002410 tenminste een monteerkop met een losneembare vacuümklem, die bedrijfbaar is tussen geopende en gesloten standen, voor het oppakken van de elektronische componenten; een bordondersteunend element voor het vasthouden van 5 het bedrukte ketenbord; een druksensor voor het detecteren van een eerste drukwaarde verbonden met een vacuüm in de tenminste ene vacuümklem, wanneer de vacuümklem zich in een open stand bevindt, en een tweede drukwaarde verbonden met een vacuüm in 10 de ten minste ene vacuümklem, wanneer de vacuümklem zich in een gesloten stand bevindt; middelen voor het op basis van de gedetecteerde eerste en tweede drukwaarden bepalen van een drempelwaarde van de druk, die de druk aangeeft waarbij een elektronische 15 component stevig wordt vastgehouden door de vacuümklem; middelen voor het bewegen van de tenminste ene monteerkop naar het tenminste ene componenten ondersteunende element, teneinde te trachten een elektronische component op te pakken, en 20 middelen voor het bewegen van de tenminste ene monteerkop naar het bordondersteunende element in respons op een vaststelling dat de druk in de vacuümklem waarbij de elektronische component wordt opgepakt, de drempelwaarde overschrijdt en voor het plaatsen van de elektronische 25 component op het bedrukte ketenbord.

4. Systeem volgens conclusie 3, waarbij de drempelwaarde zich bevindt tussen de eerste en tweede drukwaarden in.

5. Werkwijze volgens conclusie 1, verder omvattende de stap van het bewegen van de vacuümklem naar een testgebied met een 30 voorafbepaalde mate van vlakheid, voordat de tweede drukwaarde wordt gedetecteerd.

6. Stelsel volgens conclusie 3, waarbij de vacuümklem is gemonteerd op de monteerkop en waarbij de vacuümklem wordt bewogen naar een testgebied, dat is opgesteld op een vooraf- 35 bepaalde plaats, voordat de vacuümklem op de monteerkop wordt gemonteerd. 1 0024 10