NO842341L - Fremgangsmaate og anordning for aa montere elektroniske komponenter paa et kretskort - Google Patents

Abstract

Ved montering av lederstiftlse elektroniske komponenter (26) på lederbanesiden til et kretskort (22) , orienteres komponentene på et forutbestemt og av ønsket orientering ved monteringsstedet avhengig måte i komponentbeholdere (18), fra hvilke komponentene overføres til kretskortet (22) ved hjelp av en manuelt manvrert sugepinsett (20). På kretskortets lederbaneside påføres på forhånd et klebemateriale ved komponentenes beregnede monteringssteder, idet sugepinsettens sugekraft innstilles på en lavere verdi enn klebematerialets bindkraft.Foruten et antall komponentbeholdere (18), et monteringsbord (14) med dreibar holder for kretskortene, en programstyrt indikeringsanordning for indikering av aktuell beholder og aktuelt monteringssted og en sugepinsett (20) for manuell overføring av komponenter (26) fra beholderne (18) til kretskortet (22), er anordningen ifølge oppfinnelsen utformet med en komponentorienteringsbestemmende og komponentoppfangende overflateprofi-lering (25), spesielt renner. Anordningen har også en bevegelig håndleddsstøttelinjai. (16) for muliggjrelse av hurtig og nøyaktig innretting av komponentene (26) i forhold til beregnet monteringssted, og i sugepinsettens (20) sugeledning kan det være en. trykkføler for avføling når en komponent er avlagt på kretskortet.

Description

Ved montering av elektroniske komponenter på trykte kretskort eller andre substrater, har man lenge montert komponentene ved å stikke deres lederstift gjennom i kretskortene frembragte hull, hvorved lodding utføres ifølge bølgeloddingsfremgangsmåten, etter at samtlige komponenter er montert. I senere tid har man tatt frem lederstiftløse elektroniske komponenter som monteres på kretskortets ledebaneside ved at de temporært festes til denne, inntil lodding gjennomføres. Det foreligger store fordeler med disse lederstiftløse elektroniske komponenter ettersom man kan anvende begge sider av kretskortet og derved kan minske lederlengden. De kortere tilledningene til de elektroniske komponenter medfører dessuten bedre høyfrekvensegenskaper, og fravær av lederstiften medfører også bedre kvalitet som følge av færre skjøtesteder i for-binde Ise skjeden .

For montering av kretskort finnes høyautomatiserte utstyr som er hensiktsmessige for store f remsti.llingsserier,

men når korte serier eller eksperimentfremstilling skal ut-føres, må man gripe til manuell montering av de elektroniske komponenter på kretskortene. Det har herved vist seg å være vanskelig og tidskrevende å anvende de leder-stif tløse elektroniske komponenter, hvilket beror på vanskeligheter med håndtering og orientering av disse i forhold til kretskortene.

Et formål med den foreliggende oppfinnelse er derfor å tilveiebringe en hurtig og manuell fremgangsmåte til å montere slike lederstiftløse elektroniske komponenter på kretskort. Et annet formål er å tilveiebringe en anordning for å gjennomføre en slik montering, og for å orientere komponentene på en for den manuelle montering gunstige måte.

Disse og andre formål vil fremgå av den etterfølgende be-skrivelse .

Ved montering av lederstiftløse elektroniske komponenter på et kretskorts lederbaneside skal man ved fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen orientere komponentene på en forutbestemt og av ønsket orientering ved monteringsstedet, måte i komponentbeholdere, fra hvilke komponentene over-føres til kretskortet ved hjelp av en manuelt manøvrert sugepinsett. På lederkortets lederbaneside anbringes på forhånd et klebemateriale ved komponentenes beregnede monteringssteder, idet sugepinsettens sugekraft innstilles på en lavere verdi enn klebematerialets bindkraft.

Foruten et antall komponentbeholdere, et monteringsbord med en vridbar holder for kretskortene, en programstyrt indikeringsanordning for indikering av aktuelle beholdere og aktuelt monteringssted og en sugepinsett for manuell overføring av komponenter fra beholderne til kretskortet, er anordningen ifølge oppfinnelsen utformet med en komponentorienterende og komponentoppfangende overflateprofi-lering. Anordningen har også en bevegelig håndleddstøtte-linjal for å muliggjøre hurtig og nøyaktig innretting av komponentene i forhold til beregnet monteringssted. I sugepinsettens sugeledning kan man dessuten ha anordnet en trykkføler for avføling når en komponent er avsatt på kretskortet.

Det har ved eksperiment med oppfinnelsen vist seg at opera-tøren kan øke sin monteringskapasitet flerfoldige ganger, f.eks. fra ca. 400 til ca. 1500 komponenter pr. time, når fremgangsmåten og apparatet ifølge oppfinnelsen anvendes.

Det karakteristiske for fremgangsmåten og anordningen ifølge oppfinnelsen er angitt i patentkravene.

Et utførelseseksempel på oppfinnelsen skal beskrives nærmere i det følgende med henvisning til tegningene, hvor fig. 1 viser skjematisk et perspektivriss av en anordning ifølge oppfinnelsen,

fig. 2 viser i perspektiv en del av denne anordning,

fig. 3 viser en i anordningen anvendbar komponentbeholder med komponentoppfangende og komponentorientert overflate-profilering,

fig. 4 viser et eksempel på hvordan denne overflateprofi-lering kan utformes og hvordan den virker,

fig. 5 viser samme eksempel som fig. 4, men viser en annen innstillingsstilling for beholderens bunn,

fig. 6 viser en alternativ utførelse av den omtalte over-flateprofilering,

fig. 7 viser hvordan en sugepinsett bringes til å gripe en elektronisk komponent,

fig. 8 viser skjematisk hvordan denne elektroniske komponent anbringes på et kretskorts lederbaneside,

fig. 9 viser et snitt gjennom et kretskort med elektroniske komponenter med og uten lederstift,

fig. 10 viser skjematisk en transportør for beholder-grupper i anordningen ifølge oppfinnelsen,

fig. 11-15 viser skjematisk forskjellige manøvreringstrinn for vipping av komponentbeholderne.

I fig. 1 vises et eksempel på en arbeidsplass som kan nyttes ved utøvelse av foreliggende oppfinnelse. Denne arbeidsplass omfatter et arbeidsbord 10 som omgis av to kretskortholdere 11,12. Arbeidsbordet 10 bærer et sten-siltrykningsutstyr 13 for påføring av klebemateriale på forutbestemte steder på kretskortene. Arbeidsplassen omfatter også et arbeidsbord 14 med føringer 15 og en håndleddstøttelinjal 16 med et manøverhåndtak 17. Denne linjal 16 kan føres opp og ned langs føringene 15. Ovenfor bordet finnes en serie komponentbeholdere 18 av den neden-for beskrevne beskaffenhet. Arbeidsplassen omfatter også tilførselsanordninger 19 for tilførsel av på strimler forhåndsmonterte komponenter. Arbeidsplassen har også et sugeorgan 20 som danner en sugepinsett og er beregnet for manuell håndtering av de forskjellige elektroniske komponenter. Dette sugeorgan er tilsluttet en ikke nærmere vist sugepumpe. Anordningen omfatter også et prosjektør-hode 21 som er anordnet til å projisere en lysmarkering dels på et eventuelt komponenttilførselssted 18,19, dels på det samtidig aktuelle monteringssted på et kretskort 22. Projiseringen av lysmarkeringer på tilførselsstedene og kretskortet styres av en datamaskin 2 3 som har en monitor 24 for å gi meddelelser til operatøren. Alternativt kan man anvende lysdioder regulert av datamaskinen for å indi-kere det aktuelle komponenttilførselssted 18,19.

I en anordning ifølge den foreliggende oppfinnelse skal det inngå komponentbeholdere 18 som har en komponentorienteringsbestemmende og komponentoppfangende overflate-profilering. Et eksempel på en slik beholder vises i fig. 3. Denne beholder 18 har langstrakt form og et antall tverrettede renner 2 5 for oppfangning av komponentene 26 når disse bringes til å gli langs beholderens bunn 27. Ved det viste utførelseseksempel tjenestegjør beholderen endog som forrådsbeholder og inneholder et stort antall likedannede komponenter. Når beholderen ikke anvendes kan den forsynes med et lokk.

I fig. 4 og 5 vises en foretrukken utførelse av den komponentorienterende og komponentoppfangende overflate-profilering til beholderbunnen 27. Som det fremgår av figurene danner rennens bunn 2 8 en vinkel a med beholderbunnen 27, slik at de rektangulære komponentene 2 6 kommer til å helle i forhold til denne, når de ligger i rennen. Rennens sidevegger 2 9 kan enten være parallelle med hverandre og vinkelrette mot rennens bunn 28, men for-trinnsvis divergerer de to vegger 2 9 fra hverandre i retning utad fra rennens bunn 28.

Fig. 4 viser bunnens stilling når beholderen svinges for å-fylle rennene med komponenter. Komponentene 26 ,26' kommer herved til å gli nedad langs bunnen 27 i pilens 30 retning, idet denne glidningsbevegelse lettes ved at i rennene allerede forekommende komponenter (komponentene 26) ikke hindrer etterfølgende komponenter (komponentene 26') i deres nedadbevegelse, men i stedet hjelper komponentene over rennen ned til den etterfølgende renne. Det bør nevnes at rennene 25, regnet i pilens 30 retning, er kun noe bredere enn de rektangulære komponenters korte dimensjon. Komponentenes lengderetning må således falle sammen med rennenes lengderetning for at komponentene skal kunne falle ned i rennene. For å markere hvilken side av komponentene som er vendt oppad, kan komponentene på vanlig vis ha forskjelligfargede storsider.

For å unngå at samtlige, i rennene tilstedeværende komponenter skal være vendt i feil retning, fjerner man av og til komponentene fra rennene. Dette skjer ved vipping av beholderne i motsatt retning, slik som vist i fig. 5, idet denne vipping gjerne skjer med rykk, slik at komponentene lettere faller ut i pilens 31 retning.

I fig. 6 vises annerledes utformede renner 32 som er an-vendbare f.eks. ved montering av sylindriske komponenter 33. I dette tilfellet kan sugeorganets eller suge pinsettens spiss 34 gis en til komponentenes mantelflate svarende utforming for å forbedre fastgripingen.

I fig. 7 vises hvordan en komponent 2 6 kan løftes opp

fra sin renne 25 ved hjelp av spissen 35 på sugepinsetten 20 .

I fig. 8 vises hvordan monteringen skjer på et kretskorts

22 lederbaneside. Kretskortet har således lederbaner 36 som er utformet på konvensjonell måte. Ved hjelp av det i fig. 1 viste stensiltrykkutstyr 13 er det på forhånd anbragt klebepunkter eller -linjer 37 på de steder der komponentene 26 skal monteres. Herved anvendes fortrinns-vis et klebemateriale som har høyere bindevne eller -kraft enn den sugekraft med hvilken komponentene 2 6 fastholdes av sugepinsettens 20 spiss 35. Dette er meget fordelaktig ettersom operatøren herved får en kraftig indikasjon på om han har lykkes å montere komponenten på beregnet plass eller ikke. Hvis således klebematerialet 37 mangler på det sted der komponenten skal monteres, fester ikke komponenten og den kommer heller til å løsne fra sugepinsettens spiss 35. Videre oppstår en plutselig trykkøkning i suge-ledningene til sugepinsetten når sugepinsettens sugekraft overvinnes av bindkraften til klebematerialet 37 ved monteringen av komponentene. Denne plutselige trykkøkning kan indikeres ved hjelp av en ikke vist trykkføler i sugeled-ningen. Det med trykkføler avfølte signal kan anvendes for å styre utstyret slik at den av datamaskinprogrammet bestemte trinnmating til neste monteringsforløp kan av-brytes, hvis man skulle ha mislykkes med å sette fast komponentene på kretskortet. Det for formålet anvendte klebemateriale må være et lim med bindevne ved monterings-temperaturen og med evne til å motstå de høye temperaturer ved den etterfølgende lodding.

Når hele monteringsforløpet er ferdig, loddes kretskortet på vanlig måte ved bølgelodding. Herved kan et parti av et ifølge oppfinnelsen fremstilt kretskort få det ut-seendet som fremgår av fig. 9, der man tydelig kan se komponentene 2 6 uten lederstift og komponenter 3 8 med lederstift. Man kan også se hvordan resultatet av loddingen blir ved at skrå loddetinnkladder 39 for-binder lederbanene 36 og lederstiften 40 på komponentene 38, resp. forener lederbanene 36 og tilkoplingsflåtene 41 på de lederstiftfrie komponenter 26.

I fig. 10-15 vises en transportøranordning som kan nyttes for å håndtere enkelte komponentbeholdere eller grupper av komponentbeholdere i anordningen ifølge oppfinnelsen. Denne transportør 42 omfatter en kjede 43 som løper over brytehjul 44, av hvilke etter drivende. I kjeden er det hengt opp et antall vugger 45 med jevne mellomrom. Vuggene 45 understøtter en eller flere beholdere 18 og transpor-terer således disse til et sted innen rekkevidde for operatøren. Bevegelsene til kjedetransportøren styres av datamaskin 23, slik at bevegelsene skjer synkront med monteringsforløpet forøvrig. For å tilveiebringe skrå-stillingen av komponentbeholderne 18 før komponenter tas ut av disse, kan utstyret ha et stempel- og sylinder-aggregat 4 6 som kan føres til inngrep med vuggenes under-side,slik som vist i fig. 10. Når kjedetransportøren 42 har stoppet og inntatt sin korrekte innrettingsstilling, forleges stempel- og sylinderaggregatet på den måte som fremgår ved sammenligning av fig. 11 og 12. Herved kommer aggregatets stempel 47 til å svinge vuggen 45 og den av denne understøttede beholder 18, slik at disse danner en hensiktsmessig vinkel med underlaget, f.eks. 45°. Samtidig finnes beholderne innen bekvem rekkevidde fra operatøren slik som fremgår av fig. 2. Når aktuelle komponenter er montert og transportøren skal mate frem en ny vugge med beholdere 18, trekkes stempelet 47 delvis tilbake i sylinderen 46 slik som vist i fig. 13. Straks før vuggen 45 forlater spissen på stempel- og sylinder aggregatet, forlenges dette noe slik som det fremgår av fig. 14. Herved kommer vuggen til å bli svingt med ur-viseren, slik at beholderbunnene kommer til å innta den i fig. 5 viste stilling, og slik at komponentene kommer til å bli frigjort fra sine renner 25. Denne vippebe-vegelse kan utføres så kraftig at komponentene med sikker-het frigjøres fra sine renner. Når transportøren neste gang plasserer samme holder 45 og dens beholder i den nevnte korrekte innretningsstilling, gjentas fremgangs-måtetrinnet.

Som ovenfor nevnt har monteringsbordet 14 holdere for kretskortene 22. Disse holdere eller fiksturer kan med fordel være anordnet på et roterbart parti av bordet 14, hvorved aktuell vinkelinnstilling oppdages ved hjelp av en vinkelføler og mates til datamaskinen 23 for å korrigere koordinatsystemet til å stemme overens med den valgte innretning av kretskortet. Dette gjør at opera-tøren kan skråstille kretskortet 22 på vist måte hvis de for montering beregnede komponenters lengderetning skal strekke seg i kortets lengderetning. Hvis komponentene derimot skal strekke seg i kortets tverretning, frigjør han det roterbare fiksturbord og innstiller det i ny ønsket stilling, f.eks. 90° i forhold til den viste. Derved får operatøren meget stor valgfrihet til ergono-metrisk å kunne tilpasse sin arbeidsplass til seg selv. Håndleddsstøttelinjalen 16 medvirker til denne økede komfort og dessuten til en høyere nøyaktighetsgrad. De lederstiftløse elektroniske komponenter har således for-holdsvis liten størrelse, f.eks. 2,0 x 1,25 mm eller 4,5 x 3,2 mm, hvilket gjør det vanskelig med stor nøyaktig-het å plassere disse på beregnet plass. Nøyaktighets-graden bør være brøkdeler av 1 mm.

Som tidligere nevnt er limpåføringen et av de største problemene, ettersom eksisterende limsprøyter ikke arbeider med tilstrekkelig stor nøyaktighetsgrad hvis korte serier skal fremstilles. Anvendelsen av stensiltrykk som metode for påføring av klebematerialet er derfor meget fordelaktig. En stensil kan fremstilles av en plastskive med hull på de steder der montering skal skje.

Claims (10)

1. Fremgangsmåte til på et kretskort (22) eller annet substrat, å montere elektroniske komponenter (26), hvilke ikke har lederstift og hvis dimensjon i en aksialretning er større enn i en annen aksialretning, ved hvilken fremgangsmåte et klebemiddel (37) anbringes på kretskortets lederbaneside på forutbestemte, til komponentenes monteringssteder svarende steder og ved hvilken komponentene manuelt hentes fra sitt tilførselssted (18) og overføres til sitt monteringssted (37) ved hjelp av et sugeorgan (20) , idet det aktuelle tilførselssted og til-svarende aktuelle monteringssted indikeres ved hjelp av en programstyrt indikeringsanordning (21,23,24), karakterisert ved at komponentene (26) ved sitt tilførselssted (18) orienteres på en for hentingen og orienteringen ved monteringsstedet (37) hensiktsmessig, forutbestemt måte ved at komponenente før hentingen bringes til å gli langs en ved tilførselsstedet beliggende flate (27) med orienteringsbestemmende overflate-profilering (25,32)

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at sugeorganets (20) sugekraft innstilles på en lavere verdi enn klebemiddelets (37) vedheftingskraft mot såvel komponenten (26) som kretskortet (22).

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at orienteringen av komponentene (26) ved tilfø rselsstedet (18) utføres ved at komponentene ved sin glidebevegelse langs nevnte overflate (27) oppfanges av tvers på glidebevegelsens retning rettede, i nevnte overflate utformede renner (25) med mindre bredde i glidebevegelsens retning enn komponentenes største dimensjon i nevnte ene aksialretning.

4. Anordning for på et kretskort (22) eller annet substrat å montere elektroniske komponenter (26), hvilke ikke har lederstift og hvis dimensjon i en aksialretning er større enn i en annen aksialretning, hvilken anordning har et monteringsbord (14) med stillingsfikseringsorgan for kretskortene, et antall beholdere (18) for forskjellige slike komponenter (26), et sugeorgan (20) for manuell overføring av komponentene fra beholderne til beregnede monteringssteder (37) på kretskortet (22) og en programstyrt indikeringsanordning (21,23,24) for trinnvis indikering av for montering aktuell komponentbeholder (18) og tilhørende monteringssted (37) på kretskortet (22), karakterisert ved at komponentbeholderne (18) har en bunnflate (27) med en komponentorienteringsbestemmende og komponentoppfangende overflate-profilering (25) og at anordningen har drivorgan for å gi komponentene en glidebevegelse langsmed nevnte bunn-overflate (27) for oppfangning av komponentene i korrekt orientering før overføringen i kretskortet.

5. Anordning ifølge krav 4, karakterisert ved at monteringsbordet (14) har en langs føringer (15) forflyttbar håndleddstøttelinjal (16) med manøvrer-ingshåndtak (17) for den ene hånd og en håndleddsstøtte-flate for den andre hånd for nøyaktig innretning av denne i forhold til kretskortet (22), og at stillingsfikserings-organene for kretskortet er anordnet på en dreibar del av monteringsbordet (14) for tilpassing av kretskortets orienteringsinnretning i forhold komponentorienterings-retningen i komponentbeholderne (18).

6. Anordning ifølge krav 4 eller 5, karakterisert ved at komponentbeholdernes (18) overflate-profilering (25) består av renner (25) som er rettet på tvers av komponentenes beregnede glideretning over be-holdernes bunn (27).

7. Anordning ifølge krav 6, karakterisert ved at rennenes (25) bunn (28) regnet i rennenes bredderetning, er skråstilt i forhold til komponentbeholdernes bunn (27) og at rennenes (25) sidevegger (29) er vesentlig vinkelrette mot rennenes bunn (28) eller svakt divergerende fra hverandre ut fra denne.

8. Anordning ifølge krav 5,6 eller 7, karakterisert ved at håndleddsstøttelinjalens (16) manøv-reringshåndtak (17) har en strøminnstiller for påvirkning av den programstyrte indikeringsanordning (21,23,24) for trinnmatning av denne til det nestfølgende monterings-forløp.

9. Anordning ifølge hvilke som helst av kravene 4-8, karakterisert ved at en trykkføler er anordnet i sugeorganets (20) sugeledning og er forbundet med den programstyrte indikeringsanordning (21,23,24) for styring av denne i avhengighet av avfølt trykk.

10. Anordning ifølge hvilke som helst av kravene 4-9, karakterisert ved at komponentbeholderne (18) er anordnet i et av den programstyrte indikeringsanordning (21,23,24) styrt transportørsystem (42) for fremmating av en komponentbeholder (18) eller en gruppe av komponentbeholdere til et tilførselssted innen rekkevidde for anordningens operatør.