专利名称：装配电子电路的设备和方法
本申请涉及一种用于自动装配电子电路的设备和方法。
一般地，为了这个目的使用程序控制的放置设备从储存器中取出电路元件，并将其插在电路板的给定位置。当放置过程结束时，将电路板和布置在其上的元件一起加热以融化焊料，并使电路元件与电路板的导体接触。
对于完全自动操作，可以使用不同的设备进行放置和加热的处理步骤，这些设备必须包括内部输送装置，该输送装置在设备的输入处接收要进行处理的电路板，并将其输送到处理位置，在这里分别将元件装在电路板上或者焊接元件，然后输送到设备的输出。这些内部输送装置常常具有输送带。在从一个设备移动到另一个设备时，通常这些输送带会对接，使得由放置设备的输送带输送的电路板滑过接头到焊接设备的输送带上，并由该输送带进一步输送。多个横向导轨确保电路板正好以正确的方位到达焊接设备的输送带上。
当装配工作频率在MHz范围中的电路时，这种设备装配可提供令人满意的结果。对于装配工作频率在GHz范围中的射频电路，已经证明这种设备是不能令人满意的。其原因是在射频电路中，对于单个的电路元件要求更高的定位精度。可以得到一些能够以需要的精度将单个元件放置在电路板上的放置设备；然而，在焊接之后常常发现电路元件不能以需要的精度处于预期的位置。这可能导致在电路的技术性能中不期望的分散或者甚至可以导致电路故障。
本发明的一个目的是提供一种用于装配电子电路的设备，其适合于制造具有良好可再现技术性能的电子电路，尤其是用于将电路元件以定位精度在±50mm范围内的方式装配在板上，如射频电路所需要的。
通过具有权利要求1的特征的设备可以实现这个目的。
本发明人已经发现目前的装配设备中，使焊好的电路元件偏移其预期位置的一个根本原因是电路板从放置设备的输送装置向焊接设备的输送装置的移交。如果这两个设备的输送装置没有完全平行，就会在电路板的移交过程中突然地改变方向，从而导致电路元件滑动。如果输送装置支撑电路板的平面的高度略微不同或者没有完全平行也会发生同样的情况。此外，在移交过程中输送速度的微小差异会导致电路板的突然移动。
与自主地工作和从输入输送到输出的自动设备的常规方案相反，权利要求1的设备利用连续输送带，该连续输送带通过在固定设备中直接从放置位置延伸到接收位置跨接放置设备的输出，其中输送带上输送的电路板由操纵器接收以将其放置在焊接设备的可加热区域，从而可以避免所有这些问题。
为了提供一种电路板和放置在电路板上的元件的无震动输送，期望的是每个电路板停止在输送带的可完全重复出现的位置。为此，优选地，在输送带上设置一个用于检测电路板通过的第一传感器，以及一个与该传感器连接的控制设备，在检测到电路板通过之后该控制设备将输送带以预定的速度曲线制动，从而使电路板静止在预定位置。
有利地在电路板应该停止在输送带上的位置设置一个第二传感器；这允许对速度曲线进行后校正从而补偿速度控制的误差。
根据本发明第一实施方案，通过焊接将电路元件固定在电路板上。为此而使用的焊炉优选地应该是可抽空的，以防止在焊料层中形成空腔，该形成的空腔会削弱射频元件的性能。
为了使高质量的焊接可重复再现，重要的是在每个焊接过程焊炉中的温度分布尽可能精确地再现。如果在一个焊接处理中要焊接的电路板的数量发生改变，这就十分困难。为了在这些情况下实现可重复再现的焊接处理，此外，优选地在操纵器的移动范围中设置一个用于模拟件电路板的暂放区域，使得如果出现在该范围中的所有位置不是都被电路板占据，那么操纵器会用模拟件填充焊炉。
另一种将电路元件固定在电路板上的可能性是使用设置在电路板和电路元件之间的热封薄膜。为了使用这种薄膜将电路元件固定在电路板上，只需要一块可加热板，在可加热板上的包括电路元件的电路板可由操纵器放置。
为了防止高精度和易受影响的放置工位受热和可能的来自于焊炉的蒸汽的影响，优选地将放置工位包围在一个具有开口的壳体中，输送带通过该开口伸出。
如果连续输送带从在放置工位的输入处的装载位置延伸到其输出或者，如上所述，延伸到接收位置，在该接收位置通过固定工位的操纵器接收电路板，那么就存在一个问题，即只要其上放置有元件的电路板还在输送带上，没有元件的新电路板就不能直接放到装载位置处的输送带上。在装载过程中的任何振动都可能导致电路板上的元件移动。由于电路板必须在放置位置和接收位置之间非常缓慢和谨慎地输送，或者至少非常缓慢地加速和制动，这种输送要花费相当的时间，并增加了设备的循环时间。为了使该循环时间尽可能地缩短，有人提出将输送装置分开成两个输送带，第一个输送带在用于未装备的电路板的装载位置和放置位置的上游处的移交位置之间延伸，第二个输送带从移交位置经过放置位置延伸到接收位置。由于这种分开，能够将一个新的、未装备的电路板输送到移交位置----这应该适当地非常靠近放置位置-----在完全装备好的电路板到达接收位置之前，在该接收位置电路板由操纵器接收。只要接收了电路板，就只有新的电路板在第二输送带上输送最短的距离到达放置位置。
为了能够以高的精度放置电路元件，期望的是在放置过程中不使用输送器装置支撑电路板，这也许是可以的。为此，优选地在放置位置提供一个提升台用于将电路板升高离开输送器装置。
为了提供提升台的反复上下移动，通过导轨使其直线地导向。而提供这些导轨和致动装置的移动之间的绝对平行很难，该致动装置用于驱动提升台的上下移动。为了防止由于偏离平行而导致的突然移动，当提升台到达该接合点时，在致动装置的连接中提供一个间隙给提升台。
优选地用于升高和降低提升台的致动装置由压力流体驱动，例如以液压方式或气动方式。当降低提升台时将压力流体从致动装置排出的排出管线的自由横截面小于当升高提升台时将压力流体供给到致动装置的供给管线的自由横截面。这种方法允许致动装置的下降速度减小且不需要复杂的控制，从而当具有电路元件的电路板下降到输送带上时，绝对不会产生任何振动。
优选地，仅局部地由节流阀减小排出管线的横截面。该节流阀的自由横截面应该是可调节的，使得通过调节横截面向下移动的速度能够适合于目前的要求。
参考附图通过下面对实施方案的描述本发明的其它特征和优点变得明显。
图1是根据本发明用于装配电子电路的设备的示意性顶视图；图2是图1中设备接收位置的详细视图；图3是接收位置的透视图；图4是图1中设备放置位置的示意性截面；图5示意性地表示了放置位置的气动布置。
图1的装配设备将要装备的电路板1从左向右输送。该设备的第一装置是一个自动储存送料装置，由于这种装置是公知的，故在图中没有详细示出。这种自动储存送料装置包括一个接收许多电路载体的导轨，并且可以调节该导轨的高度，使得电路板1可以连续地放置在滑动件2的前面，该滑动件将电路板推送到第一带输送器3上。
这里的电路载体1包括具有可选择宽度的金属载体板4，使得电路载体与带输送器3之间几乎没有间隙地配合，且在电路载体的前端略有锥度，以便确保电路板能够安全地推送到第一带输送器3上而没有倾斜的危险。利用几个拧上的衬垫5将一个在其中放置有多个电路元件的金属壳体6固定在电路载体4上。或者，电路载体可以只由这样一个壳体行程，如果其具有适当的尺寸可以可靠地输送到带输送器3上。
第一带输送器3是一个计算机控制的放置装置7的一部分。该放置装置7包括一个工作台面8，在该工作台面上设置有第一带输送器3、随后的第二带输送器9和用于在电路载体1的壳体6中要放置的电路元件的储存容器10。在工作台面8的上面，一个夹持臂13安装在花岗岩板(未示出)上，通过在两个水平方向的导轨11、12该夹持部可在垂直方向移动。这两个带输送器3、9结构上基本相似。它们两个都包括一个基板14，两个输送带15缠绕在基板上并由电动机驱动。该基板由多个侧板16在其纵向侧面限定，这些侧板限定了电路载体1的输送路径，并且在其上游端部稍微发散以便提供电路载体1的可靠输送。
第二带输送器9与第一带输送器3不同，基本上在于在其上游部分在基板14中设置一个提升台17，并且第二带输送器的长度比第一带输送器3的长度更长，使得其延伸出放置设备的壳体18并伸入到随后的焊接设备19中。延伸到焊接设备中的第二带输送器的部分将参考图2和3在后面进一步描述。
焊接设备19包括一个安装在工作台面20上由高精度且无振动的机械手21构成的操纵器，一个可抽空的焊炉22，一个用于电路载体模拟件的支撑23和一个由金属板构成的冷却板24，在该金属板中布置有冷却水管，以及一个将在冷却板24上已冷却的电路载体推动离开焊接设备19到另一个带输送器26的滑动件。
所示设备的操作如下。在装载位置27，第一带输送器3的开端，利用滑动件2将电路载体1推送到第一带输送器3上。该第一带输送器3将电路载体1输送到移交位置28移交给第二带输送器9。在该移交位置28，两个带输送器3、9对接，并且在电路载体1的移交过程中不能完全避免振动的发生，但是由于在电路载体上没有放置电路元件，因此这是没有害处的。
第二带输送器9具有输送带15，同时该输送带以和第一带输送器3的输送带15基本相同的速度循环。它们将电路载体1进一步输送，并停止在放置位置29，在该位置电路载体直接在提升台17的上方。通过升高提升台17，电路板1脱离与输送带15的接触，取而代之的是，使其平坦的底部稳定地停止在提升台17上。通过这种方式，可以确保在放置过程中，电路载体1不会由于夹持臂13施加的压力而发生移动，从而可以高精度完成整个放置过程。
在放置过程中，在第二带输送器9上没有其它的电路载体1；然而，来自自动储存送料装置的其它电路载体可能已经到达第一带输送器3上。
当完成了放置过程时，提升台17再次下降，使得位于其上的电路载体1再次小心地且没有振动地降落在第二带输送器9的输送带15上。
从该位置，具有多个电路元件的电路载体1由第二带输送器9进一步输送，电路载体的加速度选择得足够低以防止放置的电路元件振动和滑动。
在到达第二带输送器9端部的接收位置29之前，开始对电路载体1缓慢地减速。为此，可以从图2的顶视图中看出，将一个第一传感器30例如光电检测器插入到第二带输送器9的基板14中，以便检测电路载体1的前边缘在距离其在接收位置29上的期望停止位置的一段距离处的通过，该距离足以使电路载体停止而不会引起振动。只要在第一传感器30处检测到电路载体通过，就开始例如以一恒定的负加速度使带输送器9制动，该负加速度选择成使得，如果这种控制没有容差和误差，电路载体将正好停止在接收位置，如图2中电路载体的前边缘的虚线轮廓所表示的。
为了使电路载体1正好停止在该预定位置29，第二带输送器9优选地还包括一个第二传感器31，该第二传感器在输送方向延伸超过大约1-2毫米，并提供一个与电路载体的覆盖程度成比例的输出信号。根据该输出信号，带输送器9的操纵器(未示出)能够检测电路载体在预期的时刻之前或之后是否到达第二传感器31，以及由此来缩短或延长制动过程，从而到达期望的目标位置29。
图3表示第二带输送器9的透视图，该第二带输送器具有设置在接收位置的电路载体1，以及在上方的机械手21的末端执行器32。该末端执行器32包括两个沿箭头P的方向可移动横越过输送方向的卡爪33，每个卡爪具有两个向下伸出的指状元件34，该指状元件在端部具有向内指向的尖端35。在第二带输送器9的侧板16中，形成有两个适合于指状元件34的大小和距离的开口部分36，这允许尖端35与在电路载体1的载体板4的底部上的凹槽啮合，以便可靠地使其升高。
然后机械手21将电路载体放置在焊炉22中。示出的焊炉具有两个用于电路载体的位置，但是也可以更多或更少。图1示出了具有敞开的盖38的焊炉22，一个电路载体1放置在炉22的内部，一个模拟件电路载体39紧靠着电路载体放置。如果要在单个的电路载体1上进行焊接过程，该模拟件放置在焊炉22中。其热性质实际上与装备的电路载体相同，使得在焊炉22中的温度分布在每个焊接过程中都相同，不论有多少个焊炉的位置由电路载体或模拟件占据。
装载到焊炉22之后，关闭盖38；在真空下以常规方式进行焊接过程。
当完成焊接过程时，打开盖38，机械手21将焊好的电路载体或载体取出并将其放置在水冷却的冷却板24的上面。冷却之后，操作滑动件25，将焊好的已冷却电路载体1推送到带载体26上。
图4表示穿过放置位置和提升台17的示意性纵向截面。该提升台17是一个具有两个通孔的实心金属板，在通孔中固定插入两个柱状件41。该柱状件41正好彼此平行，并以最小的间隙延伸穿过工作台面8的孔42。通过包括双向作用活塞和活塞杆45的气动致动装置43垂直地移动该提升台17。多个切换阀44设置成在工作台面8上距离致动装置43最短距离，并用于控制流入或流出致动装置43的两个空腔的空气入口和出口，以便使在空腔中的压力振动最小化，这种压力振动会引起提升台17的不均匀移动。
由于柱状件41必须在孔42中以最小的间隙导向，因此在向上和向下的移动过程中如果活塞杆45正好没有与柱状件41平行，致动装置43的水平元件的作用力就会导致提升台17卡住。这必须避免。为此，活塞杆45的头部以一间隙容纳在板17的凹槽中。图中所示的头部是与一个类似球形凹槽相啮合的球体；还可以通过活塞杆45的螺纹头部简单地实现期望的间隙，该螺纹头部与提升台17的螺纹孔啮合而不用固定在上面。
提升台17的移动范围在向上的方向由在柱状件41的下端部的突出部分(这里由环46构成)限制，在提升台17完全提升的位置该突出部分紧靠着工作台面8的底侧。这种结构允许在如图所示的提升位置固定提升台17而不必挤压任何部件，只需要在致动装置43的一个空腔中提供压力。该压力选择成使得当放置电路元件不足以超过活塞杆45的支撑力时，由夹持臂13从上方施加压力。
图5示意性地表示了根据优选实施方案的放置位置的气动布置。这里多个切换阀组合到一个单个阀44’中，该单个阀包括两个输入、两个输出和三个切换位置。在第一切换位置，阀44’通过供给管线49将压力流体源如压缩机与双向作用致动装置43的气缸的下部空腔51连接。在供给管线49中的单向阀53确保压缩空气只能够通过供给管线49沿着从阀44’向下部空腔51的方向流动。
进入到下部空腔51的空气促使气缸的活塞向上，使得安装在活塞杆45上的提升台17升高。来自上部空腔52的空气经由通过阀44’的管线45排出。
当提升台17到达期望水平时，将阀44’切换到第二位置，在该位置阀的输入和输出之间的连接全部被断开。这样密封在致动装置43的空腔51、52中的空气就阻止提升台17的任何垂直移动。在这种提升状态，提升台17上的电路载体可以让电路元件放置在其上。
当放置电路元件之后再次降低提升台17时，使阀44’切换到第三位置，在该位置输入和输出相对于第一切换位置交叉耦合。这样，现在上部空腔52就具有通过管线54来自压缩机47的压缩空气，并且来自下部空腔51的空气通过旁路供给管线49由排出管线50排出。该排出管线50具有与单向阀53相反设置的单向阀55，和具有可控制自由横截面的节流阀48。和供给管线49和53相比该节流阀48大大地减小了排出管线50的横截面。因此该节流阀使在活塞的向下移动过程中空气从下部空腔51中排出比在向上移动时缓慢得多。通过这种简单的方式，当电路载体放置在带输送器9上时，这种布置允许电路载体快速地向上移动和缓慢地向下移动，从缩短循环时间来考虑快速地向上移动是期望的，以及为了避免振动缓慢地向下移动是期望的。向下移动的速度可以通过控制节流阀48的横截面来设置。
作为如图5所示的设计的一种替换还可以将单向供给和输出管线用于上部空腔52。在这种情况下，用于对向下的移动制动的节流阀必须设置在供给管线中。
权利要求
1.一种用于装配电子电路的设备，其包括一个放置工位(7)，用于将电路元件放置于保持在放置位置(17)的电路载体(1)上，一个固定工位(19)，用于在加热的作用下将电路元件固定在电路载体(1)上，以及一个带输送器装置(9)用于从放置位置(17)向固定工位(19)的接收位置(29)输送电路载体，其中固定工位(19)包括一个可加热区域(22)和用于使电路载体(1)升高离开接收位置(29)并将其放置在可加热区域(22)中的操纵器(21)，其特征在于该带输送器装置的连续带输送器(9)从放置位置(17)延伸到移交位置(29)。
2.如权利要求1所述的用于装配电子电路的设备，其特征在于在带输送器(9)上设置一个用于检测电路载体(1)的通过的第一传感器(30)，以及一个与该第一传感器(30)连接的控制装置，用于在由第一传感器(30)检测到电路载体(1)通过之后使带输送器制动。
3.如权利要求1所述的用于装配电子电路的设备，其特征在于在带输送器(9)上第一传感器(30)的下游设置一个用于检测电路载体(1)的第二传感器(31)，以及当第二传感器(31)检测到电路载体(1)时，该控制装置用于使带输送器(9)停止。
4.如前面任何一个权利要求所述的设备，其特征在于在该可加热区域是一个焊炉(22)，特别地是一个可抽空的焊炉。
5.如权利要求4所述的设备，其特征在于该焊炉(22)具有的尺寸为可容纳许多电路载体(1)，在操纵器(21)的移动范围中，至少有一个放置位置(23)用于电路载体的模拟件(39)。
6.如权利要求1至3中的一个所述的设备，其特征在于该可加热区域是一个加热板。
7.如前面任何一个权利要求所述的设备，其特征在于放置工位(7)被包围在一个壳体(18)中，并且带输送器(9)通过壳体(18)的开口向外延伸。
8.一种尤其是如前面任何一个权利要求所述的用于装配电子电路的设备，其包括一个放置工位(7)，用于将电路元件放置于保持在放置位置(17)的电路载体(1)上；一个固定工位(19)，用于在加热的作用下将电路元件固定在电路载体(1)上；以及一个带输送器装置(3、9)用于从放置位置(17)向固定工位(19)的接收位置(29)输送电路载体，该固定工位(19)包括一个可加热区域(22)和用于使电路载体(1)升高离开接收位置(29)并将其放置在可加热区域(22)中的操纵器(21)，其特征在于该带输送器装置包括一个在拾取位置(23)和位于放置位置(17)上游的移交位置(28)之间延伸的第一带输送器(3)，其中在拾取位置(23)电路载体(1)可放置在带输送器装置(3、9)上；以及第二带输送器(3)，其从移交位置(28)经过放置位置(14)延伸到接收位置(29)。
9.如前面任何一个权利要求所述的设备，其特征在于在放置位置(17)处，设有一个提升台(14)，用于使电路载体(1)升高离开带输送器装置(9)。
10.如权利要求9所述的设备，其特征在于该提升台(17)被垂直直线导向，一个用于升高和降低提升台(17)的致动装置(43)以一个间隙与提升台连接。
11.如权利要求9或10所述的设备，其特征在于该用于升高和降低提升台(17)的致动装置(43)由压力流体驱动，并且一个节流阀(48)与致动装置(43)连接，以便当降低提升台(17)时有压力流体通过。
12.如权利要求1所述的设备，其特征在于节流阀(48)的自由横截面是可调节的。
13.如权利要求9至12中的一个所述的设备，其特征在于通过一个双向作用致动装置(43)来升高和降低提升台(17)。
14.一种用于在电路载体上装配电子电路的方法，尤其是使用如权利要求8至10中的一个所述的设备，其中循环地重复下列步骤a)在放置位置(17)处将元件放置于电路载体(1)上，然后使用第二带输送器将装备有电路元件的电路载体从放置位置(17)输送到移交位置(28)；b)在进行步骤a)的同时，使用第一带输送器(3)在装载位置(27)和移交位置(28)之间输送未装备的电路载体(1)；c)将未装备的电路载体(1)移交给第二带输送器(9)，并将其输送到放置位置(17)；d)在接收位置(28)接收装备好的电路载体(1)，并使用操纵器(21)将其放置在可加热区域(22)中。
15.如权利要求14所述的方法，其特征在于在接收了已装备的电路载体之后将未装备的电路载体移给第二带输送器。
全文摘要
一种用于装配电子电路的设备，其包括一个放置工位(7)，用于将电路元件放置于保持在放置位置(17)的电路载体(1)上；一个固定工位(19)，用于在热的作用下将电路元件固定在电路载体(1)上，以及一个带输送器装置(9)用于从放置位置(17)向固定工位(19)的接收位置(29)输送电路载体。该固定工位(19)包括一个可加热区域(22)和用于使电路载体(1)升高离开接收位置(29)并将其放置在可加热区域(22)中的操纵器(21)，该带输送器装置的连续带输送器(9)从放置位置(17)延伸到接收位置(29)。
文档编号H05K13/00GK1620846SQ02828190
公开日2005年5月25日 申请日期2002年12月13日 优先权日2001年12月18日
发明者W·康拉斯, H·格雷纳, K·肖尔, W·霍尔策尔 申请人:马科尼通讯股份有限公司