专利名称：安装电子元件的系统及方法
技术领域：
本发明涉及一种在一个板上，例如一个印制电路板，自动安装电子元件的技术。
全自动安装系统被用于在一个印制电路板上安装半导体元件，例如集成电路，大规模集成电路，二极管，电容器，电阻以及其它小型电子单元。
上述安装系统包括用于导引一个印制电路板(PCB)并确定该PCB在板支撑台上位置的导轨，用于固定将被安装到PCB上的多种电子元件的支撑台，以及能在X轴和Y轴方向上水平运动以将电子元件从元件支撑台移到PCB上进行安装的安装头。每个安装头带有多个真空钻，即吸嘴，它能在板支撑台和元件支撑台之间的范围内上下移动。多个真空钻被一个钻头支撑座支撑，换句话说，被一个钻套支撑，它允许选择替换真空钻并根据将被安装到PCB上的电子元件的尺寸和种类来预定将被安装到安装头上的真空钻。
真空钻被连接到一个真空泵上，该真空泵在真空钻的内部形成了一个通道或空管以保持一定的真空度，使得真空钻能在真空下吸住一个电子元件。为了自动检测真空钻是否吸取了该元件，每个真空钻有一个压力传感器以传感吸嘴孔或吸嘴腔内的压力值。
当真空钻没有拾取任何元件时，吸嘴腔内部保持基本大气压，当真空钻拾取或正吸住电子元件时，吸嘴腔内达到负压。因此，压力传感器检测这个或接近或低于预定压力值的压力值，以找出相应于该电子元件的真空钻的状态。
钻套上的真空钻具有不同的直径和不同的吸住电子元件的压力。
如果真空钻拾取元件的压力被预定在一定强度上，则压力传感器检测真空钻是否无误地拾取了该元件。但是，如果第一真空钻被另一个真空钻所代替，则后者不能在与第一真空钻相同的预定压力下吸住该元件。另外，根据相应于安装头的安装条件，每个真空钻有不同的吸取压力强度。
当压力传感器进行了检测并且电子元件没有被真空钻的拾取操作所吸住时，安装头不移动板支撑台，而是转向一个出口，并且该真空钻被提供以恒定气压。本安装系统还考虑了压力传感器发生失误的可能性，即一个电子元件实际上已被真空钻所吸住，尽管压力传感器没有检测到该真空钻拾取了该元件。这样的错误会浪费电子元件并对电子元件的组装程序产生不利影响。
因此，本发明包括了一种确保正确检测真空钻拾取状态的安装电子元件的系统和方法。
本发明提供了一种用一个系统在印制电路板上安装电子元件的方法，该系统包括带有安装头且用于固定电子元件的元件支撑台，该安装头带有用于拾取电子元件的可拆式真空钻，和一个用以固定印制电路板的板支撑台。该方法包括如下步骤检测有关的真空钻处于打开状态时该真空钻的第一压力值；检测有关的真空钻处于关闭状态时该真空钻的第二压力值；根据检测到的相应真空钻的第一和第二压力值确定一个临界值；在确定电子元件被拾取时的真空钻压力值超过了临界值时，将安装头移动到板支撑台上。
另一方面，用于在印制电路板上安装电子元件的本系统包括一带有安装头且用于固定电子元件的元件支撑台，该安装头带有用于拾取电子元件的可拆式真空钻；一个用以固定电子元件安装在上面的印制电路板的板支撑台；一个用来检测真空钻处于打开状态时该真空钻的第一压力值和真空钻处于关闭状态时该真空钻的第二压力值的压力传感器；一个用来根据检测到的相应真空钻的第一和第二压力值确定一个临界值的装置；以及一个在确定了电子元件被拾取时的真空钻压力值超过了临界值时，将安装头移动到板支撑台上的装置下面结合附图和图示实施例对本发明作进一步的阐述，附图中
图1是依据本发明最佳实施例的安装电子元件系统的简图；图2是图1所示系统的前视图；图3是用于图1所示系统的控制电路的方块图；图4是图1所示系统的操作流程图；下面将参照图1至4详细说明本发明的最佳实施例。
参照图1和2，电子元件安装装置有一对平行放置的主支撑1和2，以及分别与主支撑1和2相连的导轨3和4。一个与主支撑1和2正交并且其两端分别与导轨3和4相连的横臂5沿着主支撑1和2在Y轴方向上被导引。一个头装置6可滑动地连接在横臂5上以在X轴方向上移动。
为了在Y方向上移动横臂5，一个被马达7带动的球形螺栓8可旋转地与主支撑2组合。该球形螺栓8穿过了横臂5的一端部。一个联锁轴10与横臂5并行安装。小齿轮11和12固定在联锁轴10的两端，齿条13和14分别固定在主支撑2和1上。因此，当球形螺栓8被马达7带动时，横臂5可在Y方向上移动。则与齿条13和14相啮合的小齿轮11和12旋转，使得横臂5在Y方向上与主支撑1和2成直角移动。
一个球形螺栓15被可旋转地安装在横臂5上以在X轴方向上移动头装置6。该球形螺栓15穿过头装置6并由一个齿皮带驱动(未示出)，该齿皮带通过一个安装在马达16轴上的皮带轮(未示出)和一个安装在球形螺栓15旁的皮带轮(未示出)传动。
一对导引装置21和22被平行安装在主支撑1和2的下面，主支撑1和2延长与该对导引装置正交。导引装置21和22形成了一个输送印制电路板(PCB)20的传送装置。PCB20被导引装置21和22导引到板支撑台(未示出)上的一个预定位置。导引装置21能根据PCB20的尺寸接近或远离导引装置22。
在导引装置21和22形成的传送装置的两边提供了多个用来支撑各种电子元件的支撑台23。多个安装头24被安装在头装置6上以将每个元件支撑台23上的元件安装到PCB20上。
如图2所示，一个安装头24有一个能上下移动的真空钻25(吸嘴)。该真空钻25从元件支撑台23拾取一个元件并通过在Y轴方向上沿主支撑1和2移动横臂5，同时在X轴方向上沿横臂5移动安装头24来将该元件安装到PCB20的预定位置上。为了拾取该元件，真空钻25首先朝着元件支撑台23向下移动，然后向上移动并到达PCB20的预定位置。其后，通过降低真空钻25，该元件被安装到PCB20的预定位置上。
真空钻25有一个与一个真空泵27相通的吸嘴孔26。依靠真空泵27通过吸嘴孔26提供的真空压力，元件被拾取起来并被吸到真空钻25的端部。一个压力传感器28被提供以检测吸嘴孔26的压力，当真空钻25没有拾取元件时，吸嘴孔26内的压力近似于大气压，并且无论真空钻25何时吸住元件，利用真空泵27，它被设置到一个低于大气压的预定值。尽管在图2中，只有一个安装头24上安装了一个压力传感器28，但实际上，每个安装头24上都安装了相同的压力传感器。
图3是本系统的一个用于安装电子元件的控制电路的方块图。从压力传感器28产生的检测信号通过一个数字模拟变换器或接口输入到控制电路的一个中央处理器(CPU)31中。一个控制板32产生一个命令信号并将其发送到CPU31。然后CPU31产生控制信号，并且向马达7发送控制信号以驱动真空泵27并在Y轴方向上移动横臂5，向水平头的驱动马达16发送控制信号以驱动头装置6并在X轴方向上移动头装置6，并向垂直真空钻的驱动马达33发送控制信号以上下移动真空钻。
在CPU31内部或外部提供一个存储媒体，例如一个用来存储一个控制上述马达的程序的只读存储器(ROM)和一个用来记录控制信息的随机存取存储器(RAM)。根据要拾取电子元件W的大小和类型选择使用多个真空钻25中的一个并由一个图1中所示的钻套29来支撑。选定的真空钻25适合于将被安装的电子元件W并按电子元件W提供给安装头24。
由于拾取电子元件时，各真空钻25中空管内的压力各不相同，所以在一个真空钻25被选定并安装到安装头24上之前，随着空管被关闭，真空钻25被移到一个位于预定位置的测试元件。真空钻25关闭(或处于“关闭”状态)时的压力值被压力传感器28检测并被发送到CPU31以记录在内部或外部存储器34中。同样，真空钻25打开(或处于“打开”状态)时的压力值也被压力传感器检测28并存储在存储器34中。
根据上述压力值，CPU31确定一个真空钻25牢固吸住电子元件W时的临界值。该临界值被存储在存储器34中。在执行一次拾取操作前，这些与真空钻25相应的临界值被提供给安装头24。
图4叙述了本安装电子元件系统最佳实施例的操作步骤。
当控制板32的一个启动开关被打开时(S1)，一个或几个安装头24被移动到图1所示的钻套29(S2)。
通过同时在Y轴方向移动横臂5和在X轴方向上沿横臂5移动安装头24，安装头24上的真空钻25移至预定的元件支撑台23，空管杆40在马达45的驱动力下向下运动或降低，使得真空钻25和元件相接触。该元件在真空泵27提供的真空压力下被真空钻25拾取并吸住。
安装在安装头24上的真空钻25的端部是不打开的并且在驱动真空泵27的同时，真空钻25处于打开状态时的压力值被压力传感器检测(S4)并输入到存储器34中。然后执行真空钻25的关闭操作(S5)。此后，真空钻25被移至一个具有预定平面度的测试区，并向下移动，然后将其关闭。此时，真空钻25处于关闭状态时的压力值被压力传感器28检测(S6)。压力传感器28根据真空钻25打开和关闭时的检测压力值来确定真空钻25的拾取操作状态。一个临界压力值被CPU31确定(S7)并存储在存储器34中，从而完成了安装电子元件的准备工作。
如图1所示，当头装置有三个安装头24时，计算三个安装在安装头24上的真空钻25的临界值。所有的预定电子元件被安装到PCB20上(S8)。当完成了PCB20的安装工作后，导引装置21和22又将一个新的没有安装电子元件的印制电路板送到板支撑台的预定位置上。如果压力传感器28检测到一个超过预定临界值的负压值，尽管执行了拾取操作，则它仍可能是一个误操作。安装头24返回到一个浪费的位置，并且真空条件被解除。
如果CPU31确定了(S9)在一个新印制电路板上安装不同类型的电子元件这样一个操作，则在完成了安装和前面印制电路板PCB上相同类型的电子元件的步骤后，该安装操作在步骤S10停止。如果重复拾取操作时的负压不同，则最好在每次将真空钻25安装在安装头24上时计算各个真空钻25的临界值并且在每次完成安装预定数目的电子元件W的过程时也执行这样的计算过程。
如上所述，因为每个真空钻25的临界值被相应的压力传感器28高精度检测，所以防止了真空钻25拾取操作时的误判断误计算。因此，本系统在将电子元件安装在印刷电路板上的过程中避免了任何错误操作，并提高了元件安装效率及生产率。
本发明的最佳实施例是以例举的方式给出的，所述实施例并不对权利要求所限定的发明构成限制。本领域普通技术人员在不背离权利要求范围的情况下可以对该最佳实施例进行设计变更。
权利要求
1.一种用一个系统在印制电路板上安装电子元件的方法，该系统包括带有用于拾取电子元件的可拆式真空钻的安装头的用于固定所述电子元件的元件支撑台和一个用以固定印制电路板的板支撑台，所述方法包括如下步骤检测相应真空钻处于打开状态时该真空钻的第一压力值；检测相应真空钻处于关闭状态时该真空钻的第二压力值；根据检测到的相应真空钻的第一和第二压力值确定一个临界值；以及在确定了电子元件被拾取时的真空钻压力值超过了临界值时，将安装头移动到板支撑台上。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述临界值介于所述第一和第二压力值之间。
3.一种用于在印制电路板上安装电子元件的系统，包括一个带有用于拾取电子元件的可拆式真空钻的安装头的用于固定所述电子元件的元件支撑台；一个用以固定电子元件安装在上面的印制电路板的板支撑台；一个压力传感器，用来检测真空钻处于打开状态时该真空钻的第一压力值和真空钻处于关闭状态时该真空钻的第二压力值；用来根据检测到的相应真空钻的第一和第二压力值确定一个临界值的装置；以及在确定了电子元件被拾取时的真空钻压力值超过了所述临界值时，将安装头移动到板支撑台上的装置。
4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述临界值介于所述第一和第二压力值之间。
全文摘要
一种在印制电路板上安装电子元件的系统和方法。该系统包括一个元件支撑台，一个板支撑台，安装头，真空钻；压力传感器，计算临界值的装置，以及确定真空钻拾取操作状态的装置。该方法包括如下步骤检测一个真空钻处于打开状态时该真空钻的第一压力值和处于关闭状态时该真空钻的第二压力值，根据检测到的第一和第二压力值计算一个临界值，并且在确定了电子元件被拾取时的真空钻压力值超过了临界值时，将安装头移动到板支撑台上。
文档编号B23Q7/04GK1141571SQ9610403
公开日1997年1月29日 申请日期1996年2月21日 优先权日1995年2月21日
发明者铃木直树 申请人:三星航空产业株式会社