專利名稱：安裝電子元件的系統(tǒng)及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種在一個板上，例如一個印制電路板，自動安裝電子元件的技術(shù)。
全自動安裝系統(tǒng)被用于在一個印制電路板上安裝半導(dǎo)體元件，例如集成電路，大規(guī)模集成電路，二極管，電容器，電阻以及其它小型電子單元。
上述安裝系統(tǒng)包括用于導(dǎo)引一個印制電路板(PCB)并確定該PCB在板支撐臺上位置的導(dǎo)軌，用于固定將被安裝到PCB上的多種電子元件的支撐臺，以及能在X軸和Y軸方向上水平運動以將電子元件從元件支撐臺移到PCB上進(jìn)行安裝的安裝頭。每個安裝頭帶有多個真空鉆，即吸嘴，它能在板支撐臺和元件支撐臺之間的范圍內(nèi)上下移動。多個真空鉆被一個鉆頭支撐座支撐，換句話說，被一個鉆套支撐，它允許選擇替換真空鉆并根據(jù)將被安裝到PCB上的電子元件的尺寸和種類來預(yù)定將被安裝到安裝頭上的真空鉆。
真空鉆被連接到一個真空泵上，該真空泵在真空鉆的內(nèi)部形成了一個通道或空管以保持一定的真空度，使得真空鉆能在真空下吸住一個電子元件。為了自動檢測真空鉆是否吸取了該元件，每個真空鉆有一個壓力傳感器以傳感吸嘴孔或吸嘴腔內(nèi)的壓力值。
當(dāng)真空鉆沒有拾取任何元件時，吸嘴腔內(nèi)部保持基本大氣壓，當(dāng)真空鉆拾取或正吸住電子元件時，吸嘴腔內(nèi)達(dá)到負(fù)壓。因此，壓力傳感器檢測這個或接近或低于預(yù)定壓力值的壓力值，以找出相應(yīng)于該電子元件的真空鉆的狀態(tài)。
鉆套上的真空鉆具有不同的直徑和不同的吸住電子元件的壓力。
如果真空鉆拾取元件的壓力被預(yù)定在一定強度上，則壓力傳感器檢測真空鉆是否無誤地拾取了該元件。但是，如果第一真空鉆被另一個真空鉆所代替，則后者不能在與第一真空鉆相同的預(yù)定壓力下吸住該元件。另外，根據(jù)相應(yīng)于安裝頭的安裝條件，每個真空鉆有不同的吸取壓力強度。
當(dāng)壓力傳感器進(jìn)行了檢測并且電子元件沒有被真空鉆的拾取操作所吸住時，安裝頭不移動板支撐臺，而是轉(zhuǎn)向一個出口，并且該真空鉆被提供以恒定氣壓。本安裝系統(tǒng)還考慮了壓力傳感器發(fā)生失誤的可能性，即一個電子元件實際上已被真空鉆所吸住，盡管壓力傳感器沒有檢測到該真空鉆拾取了該元件。這樣的錯誤會浪費電子元件并對電子元件的組裝程序產(chǎn)生不利影響。
因此，本發(fā)明包括了一種確保正確檢測真空鉆拾取狀態(tài)的安裝電子元件的系統(tǒng)和方法。
本發(fā)明提供了一種用一個系統(tǒng)在印制電路板上安裝電子元件的方法，該系統(tǒng)包括帶有安裝頭且用于固定電子元件的元件支撐臺，該安裝頭帶有用于拾取電子元件的可拆式真空鉆，和一個用以固定印制電路板的板支撐臺。該方法包括如下步驟檢測有關(guān)的真空鉆處于打開狀態(tài)時該真空鉆的第一壓力值；檢測有關(guān)的真空鉆處于關(guān)閉狀態(tài)時該真空鉆的第二壓力值；根據(jù)檢測到的相應(yīng)真空鉆的第一和第二壓力值確定一個臨界值；在確定電子元件被拾取時的真空鉆壓力值超過了臨界值時，將安裝頭移動到板支撐臺上。
另一方面，用于在印制電路板上安裝電子元件的本系統(tǒng)包括一帶有安裝頭且用于固定電子元件的元件支撐臺，該安裝頭帶有用于拾取電子元件的可拆式真空鉆；一個用以固定電子元件安裝在上面的印制電路板的板支撐臺；一個用來檢測真空鉆處于打開狀態(tài)時該真空鉆的第一壓力值和真空鉆處于關(guān)閉狀態(tài)時該真空鉆的第二壓力值的壓力傳感器；一個用來根據(jù)檢測到的相應(yīng)真空鉆的第一和第二壓力值確定一個臨界值的裝置；以及一個在確定了電子元件被拾取時的真空鉆壓力值超過了臨界值時，將安裝頭移動到板支撐臺上的裝置下面結(jié)合附圖和圖示實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的闡述，附圖中

圖1是依據(jù)本發(fā)明最佳實施例的安裝電子元件系統(tǒng)的簡圖；圖2是圖1所示系統(tǒng)的前視圖；圖3是用于圖1所示系統(tǒng)的控制電路的方塊圖；圖4是圖1所示系統(tǒng)的操作流程圖；下面將參照圖1至4詳細(xì)說明本發(fā)明的最佳實施例。
參照圖1和2，電子元件安裝裝置有一對平行放置的主支撐1和2，以及分別與主支撐1和2相連的導(dǎo)軌3和4。一個與主支撐1和2正交并且其兩端分別與導(dǎo)軌3和4相連的橫臂5沿著主支撐1和2在Y軸方向上被導(dǎo)引。一個頭裝置6可滑動地連接在橫臂5上以在X軸方向上移動。
為了在Y方向上移動橫臂5，一個被馬達(dá)7帶動的球形螺栓8可旋轉(zhuǎn)地與主支撐2組合。該球形螺栓8穿過了橫臂5的一端部。一個聯(lián)鎖軸10與橫臂5并行安裝。小齒輪11和12固定在聯(lián)鎖軸10的兩端，齒條13和14分別固定在主支撐2和1上。因此，當(dāng)球形螺栓8被馬達(dá)7帶動時，橫臂5可在Y方向上移動。則與齒條13和14相嚙合的小齒輪11和12旋轉(zhuǎn)，使得橫臂5在Y方向上與主支撐1和2成直角移動。
一個球形螺栓15被可旋轉(zhuǎn)地安裝在橫臂5上以在X軸方向上移動頭裝置6。該球形螺栓15穿過頭裝置6并由一個齒皮帶驅(qū)動(未示出)，該齒皮帶通過一個安裝在馬達(dá)16軸上的皮帶輪(未示出)和一個安裝在球形螺栓15旁的皮帶輪(未示出)傳動。
一對導(dǎo)引裝置21和22被平行安裝在主支撐1和2的下面，主支撐1和2延長與該對導(dǎo)引裝置正交。導(dǎo)引裝置21和22形成了一個輸送印制電路板(PCB)20的傳送裝置。PCB20被導(dǎo)引裝置21和22導(dǎo)引到板支撐臺(未示出)上的一個預(yù)定位置。導(dǎo)引裝置21能根據(jù)PCB20的尺寸接近或遠(yuǎn)離導(dǎo)引裝置22。
在導(dǎo)引裝置21和22形成的傳送裝置的兩邊提供了多個用來支撐各種電子元件的支撐臺23。多個安裝頭24被安裝在頭裝置6上以將每個元件支撐臺23上的元件安裝到PCB20上。
如圖2所示，一個安裝頭24有一個能上下移動的真空鉆25(吸嘴)。該真空鉆25從元件支撐臺23拾取一個元件并通過在Y軸方向上沿主支撐1和2移動橫臂5，同時在X軸方向上沿橫臂5移動安裝頭24來將該元件安裝到PCB20的預(yù)定位置上。為了拾取該元件，真空鉆25首先朝著元件支撐臺23向下移動，然后向上移動并到達(dá)PCB20的預(yù)定位置。其后，通過降低真空鉆25，該元件被安裝到PCB20的預(yù)定位置上。
真空鉆25有一個與一個真空泵27相通的吸嘴孔26。依靠真空泵27通過吸嘴孔26提供的真空壓力，元件被拾取起來并被吸到真空鉆25的端部。一個壓力傳感器28被提供以檢測吸嘴孔26的壓力，當(dāng)真空鉆25沒有拾取元件時，吸嘴孔26內(nèi)的壓力近似于大氣壓，并且無論真空鉆25何時吸住元件，利用真空泵27，它被設(shè)置到一個低于大氣壓的預(yù)定值。盡管在圖2中，只有一個安裝頭24上安裝了一個壓力傳感器28，但實際上，每個安裝頭24上都安裝了相同的壓力傳感器。
圖3是本系統(tǒng)的一個用于安裝電子元件的控制電路的方塊圖。從壓力傳感器28產(chǎn)生的檢測信號通過一個數(shù)字模擬變換器或接口輸入到控制電路的一個中央處理器(CPU)31中。一個控制板32產(chǎn)生一個命令信號并將其發(fā)送到CPU31。然后CPU31產(chǎn)生控制信號，并且向馬達(dá)7發(fā)送控制信號以驅(qū)動真空泵27并在Y軸方向上移動橫臂5，向水平頭的驅(qū)動馬達(dá)16發(fā)送控制信號以驅(qū)動頭裝置6并在X軸方向上移動頭裝置6，并向垂直真空鉆的驅(qū)動馬達(dá)33發(fā)送控制信號以上下移動真空鉆。
在CPU31內(nèi)部或外部提供一個存儲媒體，例如一個用來存儲一個控制上述馬達(dá)的程序的只讀存儲器(ROM)和一個用來記錄控制信息的隨機存取存儲器(RAM)。根據(jù)要拾取電子元件W的大小和類型選擇使用多個真空鉆25中的一個并由一個圖1中所示的鉆套29來支撐。選定的真空鉆25適合于將被安裝的電子元件W并按電子元件W提供給安裝頭24。
由于拾取電子元件時，各真空鉆25中空管內(nèi)的壓力各不相同，所以在一個真空鉆25被選定并安裝到安裝頭24上之前，隨著空管被關(guān)閉，真空鉆25被移到一個位于預(yù)定位置的測試元件。真空鉆25關(guān)閉(或處于“關(guān)閉”狀態(tài))時的壓力值被壓力傳感器28檢測并被發(fā)送到CPU31以記錄在內(nèi)部或外部存儲器34中。同樣，真空鉆25打開(或處于“打開”狀態(tài))時的壓力值也被壓力傳感器檢測28并存儲在存儲器34中。
根據(jù)上述壓力值，CPU31確定一個真空鉆25牢固吸住電子元件W時的臨界值。該臨界值被存儲在存儲器34中。在執(zhí)行一次拾取操作前，這些與真空鉆25相應(yīng)的臨界值被提供給安裝頭24。
圖4敘述了本安裝電子元件系統(tǒng)最佳實施例的操作步驟。
當(dāng)控制板32的一個啟動開關(guān)被打開時(S1)，一個或幾個安裝頭24被移動到圖1所示的鉆套29(S2)。
通過同時在Y軸方向移動橫臂5和在X軸方向上沿橫臂5移動安裝頭24，安裝頭24上的真空鉆25移至預(yù)定的元件支撐臺23，空管桿40在馬達(dá)45的驅(qū)動力下向下運動或降低，使得真空鉆25和元件相接觸。該元件在真空泵27提供的真空壓力下被真空鉆25拾取并吸住。
安裝在安裝頭24上的真空鉆25的端部是不打開的并且在驅(qū)動真空泵27的同時，真空鉆25處于打開狀態(tài)時的壓力值被壓力傳感器檢測(S4)并輸入到存儲器34中。然后執(zhí)行真空鉆25的關(guān)閉操作(S5)。此后，真空鉆25被移至一個具有預(yù)定平面度的測試區(qū)，并向下移動，然后將其關(guān)閉。此時，真空鉆25處于關(guān)閉狀態(tài)時的壓力值被壓力傳感器28檢測(S6)。壓力傳感器28根據(jù)真空鉆25打開和關(guān)閉時的檢測壓力值來確定真空鉆25的拾取操作狀態(tài)。一個臨界壓力值被CPU31確定(S7)并存儲在存儲器34中，從而完成了安裝電子元件的準(zhǔn)備工作。
如圖1所示，當(dāng)頭裝置有三個安裝頭24時，計算三個安裝在安裝頭24上的真空鉆25的臨界值。所有的預(yù)定電子元件被安裝到PCB20上(S8)。當(dāng)完成了PCB20的安裝工作后，導(dǎo)引裝置21和22又將一個新的沒有安裝電子元件的印制電路板送到板支撐臺的預(yù)定位置上。如果壓力傳感器28檢測到一個超過預(yù)定臨界值的負(fù)壓值，盡管執(zhí)行了拾取操作，則它仍可能是一個誤操作。安裝頭24返回到一個浪費的位置，并且真空條件被解除。
如果CPU31確定了(S9)在一個新印制電路板上安裝不同類型的電子元件這樣一個操作，則在完成了安裝和前面印制電路板PCB上相同類型的電子元件的步驟后，該安裝操作在步驟S10停止。如果重復(fù)拾取操作時的負(fù)壓不同，則最好在每次將真空鉆25安裝在安裝頭24上時計算各個真空鉆25的臨界值并且在每次完成安裝預(yù)定數(shù)目的電子元件W的過程時也執(zhí)行這樣的計算過程。
如上所述，因為每個真空鉆25的臨界值被相應(yīng)的壓力傳感器28高精度檢測，所以防止了真空鉆25拾取操作時的誤判斷誤計算。因此，本系統(tǒng)在將電子元件安裝在印刷電路板上的過程中避免了任何錯誤操作，并提高了元件安裝效率及生產(chǎn)率。
本發(fā)明的最佳實施例是以例舉的方式給出的，所述實施例并不對權(quán)利要求所限定的發(fā)明構(gòu)成限制。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在不背離權(quán)利要求范圍的情況下可以對該最佳實施例進(jìn)行設(shè)計變更。
權(quán)利要求
1.一種用一個系統(tǒng)在印制電路板上安裝電子元件的方法，該系統(tǒng)包括帶有用于拾取電子元件的可拆式真空鉆的安裝頭的用于固定所述電子元件的元件支撐臺和一個用以固定印制電路板的板支撐臺，所述方法包括如下步驟檢測相應(yīng)真空鉆處于打開狀態(tài)時該真空鉆的第一壓力值；檢測相應(yīng)真空鉆處于關(guān)閉狀態(tài)時該真空鉆的第二壓力值；根據(jù)檢測到的相應(yīng)真空鉆的第一和第二壓力值確定一個臨界值；以及在確定了電子元件被拾取時的真空鉆壓力值超過了臨界值時，將安裝頭移動到板支撐臺上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述臨界值介于所述第一和第二壓力值之間。
3.一種用于在印制電路板上安裝電子元件的系統(tǒng)，包括一個帶有用于拾取電子元件的可拆式真空鉆的安裝頭的用于固定所述電子元件的元件支撐臺；一個用以固定電子元件安裝在上面的印制電路板的板支撐臺；一個壓力傳感器，用來檢測真空鉆處于打開狀態(tài)時該真空鉆的第一壓力值和真空鉆處于關(guān)閉狀態(tài)時該真空鉆的第二壓力值；用來根據(jù)檢測到的相應(yīng)真空鉆的第一和第二壓力值確定一個臨界值的裝置；以及在確定了電子元件被拾取時的真空鉆壓力值超過了所述臨界值時，將安裝頭移動到板支撐臺上的裝置。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述臨界值介于所述第一和第二壓力值之間。
全文摘要
一種在印制電路板上安裝電子元件的系統(tǒng)和方法。該系統(tǒng)包括一個元件支撐臺，一個板支撐臺，安裝頭，真空鉆；壓力傳感器，計算臨界值的裝置，以及確定真空鉆拾取操作狀態(tài)的裝置。該方法包括如下步驟檢測一個真空鉆處于打開狀態(tài)時該真空鉆的第一壓力值和處于關(guān)閉狀態(tài)時該真空鉆的第二壓力值，根據(jù)檢測到的第一和第二壓力值計算一個臨界值，并且在確定了電子元件被拾取時的真空鉆壓力值超過了臨界值時，將安裝頭移動到板支撐臺上。
文檔編號B23Q7/04GK1141571SQ9610403
公開日1997年1月29日 申請日期1996年2月21日 優(yōu)先權(quán)日1995年2月21日
發(fā)明者鈴木直樹 申請人:三星航空產(chǎn)業(yè)株式會社