更换印刷电路板上有缺陷的印刷电路板单元的装置和方法

摘要

一种更换在PCB板上形成的有缺陷的印刷电路板(PCB)单元的装置，包括：一个位置校正工作台，在其上放置用于更换该有缺陷的PCB单元的无缺陷的PCB单元；一个板安置工作台，在其上放置除去该有缺陷PCB单元的PCB板；一个安置工作台支承，在其上利用紧固件可拆卸地安装该板安置工作台；一个位置校正驱动器，用于相对于该板安置工作台驱动该位置校正工作台，以校正该无缺陷的PCB单元相对于PCB板的位置；一个观测照相机，用于读取分别放置在该位置校正工作台和该板安置工作台上的无缺陷PCB单元和PCB板的特定点的位置；一个读取位置变化驱动器，用于依次使由观测照相机读取的在该观测照相机下面的特定点运动；和一个控制器，用于控制该位置校正驱动器和该读取位置变化驱动器，接收该观测照相机，该位置校正驱动器和该读取位置变化驱动器的工作结果；和利用根据该工作结果计算位置校正数据控制该位置校正驱动器。

说明书

技术领域

本发明涉及更换形成在PCB板上的有缺陷的印刷电路板(PCB)单元的装置和方法，更具体地说，涉及当有至少一个有缺陷的PCB单元时，通过用没有缺陷的PCB单元更换该有缺陷的PCB单元，而矫正具有多个PCB单元的PCB板的装置和方法。

背景技术

一般，PCB单元是一个一个地制造的。然而，近年来，为了提高生产率和在零件自动安装过程中的产量，在单一块板上印刷图形彼此相同的多个PCB单元，并且在零件安装过程后作为单一一个单元分隔开来。

在上面印刷多个PCB的这种板称为阵列式PCB板或简单地称为PCB板。根据在该板上排成阵列的PCB单元的数目，该PCB板分为2-阵列式PCB板，3-阵列式PCB板，4-阵列PCB板等。

该PCB板设计成，使在其上形成的每一个PCB单元都要检查其缺陷(在安装零件前)。当确定至少一个PCB单元有缺陷时，则该PCB板称为X-缺陷PCB或X-缺陷板。该确定为X-缺陷PCB的PCB板不能使用。然而，近年来开发了一种利用无缺陷的PCB单元更换该有缺陷的PCB单元的技术，这种过程称为X-缺陷PCB更换过程。

以下将说明该X-缺陷PCB的更换过程。

首先，通过电流流动测试和使用放大倍数为5倍或10倍的放大镜的肉眼测试，检查电流流动缺陷，表面刮伤和图形错位等，并将在PCB板上确定为有缺陷的PCB单元标上字母“X”。

以后，利用特形铣床进行切掉该有缺陷的PCB单元的过程。在该特形铣床中，考虑该PCB单元的形状，厚度和连接强度，将切割位置，切割形状和切割长度的信息编成程序。

其次，根据原来的图形，将无缺陷的PCB单元精确地与从PCB板上除去该有缺陷的PCB单元形成的部分对准，该无缺陷的单元是从另一块PCB板得到的，或为专门制造的额外的PCB单元。

在上述过程后，将粘接剂注入利用该特形铣床除去该有缺陷的PCB单元形成的部分中，将该无缺陷的PCB单元粘接在该PCB板上，并在该PCB板上贴上一条带子，以防止粘接剂溢出。一般，使用环氧树脂作为粘接剂。由定量的环氧树脂喷射器喷射由程序决定的固定量的环氧树脂。

然后，将注入环氧树脂的该PCB板送入热风干燥器中。当环氧树脂在热风干燥器中硬化时，将该PCB板从该干燥器中取出，并在室温下检查其扭曲和变形。在这以后，利用三维的测量装置检查该更换的PCB单元的位置。另外，利用放大镜，通过裸眼进一步检查PCB单元的刮伤和环氧树脂的散布。

为了容易利用自动机，没有工作误差地将零件安装在矫正的PCB板上，根据电路设计或Gerber数据，在该无缺陷的PCB单元上作出的零件插入孔应该精确地与PCB板上的相对位置对准。因此，粘接过程应在用于更换该有缺陷的PCB单元的无缺陷的PCB单元，与该PCB板精确对准后进行。当零件减少时，PCB板也减少，而密度提高。因此需要使该无缺陷的PCB单元与从该PCB板上除去该有缺陷的PCB单元而形成的部分，对准的更精确的过程。

图1～3为表示将无缺陷的PCB单元与PCB板对准和粘接的传统方法的透视图。如图所示，PCB板和更换有缺陷的PCB单元的无缺陷PCB单元插入安装在一个平面形状的夹具上的多个固定销中，用于使该无缺陷的PCB单元与该PCB板的位置对准。

下面，参照图1～3简要地说明利用无缺陷的PCB单元更换有缺陷的PCB单元的方法。

在图1中表示具有4个PCB单元201的一个四阵列式PCB板200。当要利用无缺陷的PCB单元201b更换4个PCB单元201中有缺陷的PCB单元201a时，首先如图1所示，将连接该有缺陷的PCB单元201a和该PCB板的连接部分的桥202附近的部分，与该桥202一起切掉，从而将该有缺陷的PCB单元201a从该PCB板上除去。即：包括该桥的切掉部分向着该PCB板延伸。切割形状考虑该PCB单元的形状和厚度与该(无缺陷的)PCB单元的粘接部分的强度设计。除了图1所示的形状以外，还可以有各种其他的包括图3所示的形状在内的形状。

该有缺陷的PCB单元从其上除去的该PCB板200，与用于更换该有缺陷的PCB单元201a的无缺陷的PCB单元201b在该夹具100上连接。

夹具100由胶木板101制成，在其上强制地埋入多个固定销106和107。该固定销106和107插入在PCB单元201和PCB板200上作出的固定孔中，从而实现该PCB单元201和该PCB板200的位置固定。在这个状态下，将该无缺陷的PCB单元201b固定在从该PCB板200上除去该有缺陷的PCB单元201a形成的一个部分上。在这时，在该夹具100上形成的固定销106也插入在该无缺陷的PCB单元201b上形成的孔中，从而使该无缺陷的PCB单元201b与原来放置该有缺陷的PCB单元201a的位置对准。

在使该无缺陷的PCB单元201b对准后，将环氧树脂注入该无缺陷的PCB单元201b和该PCB板200之间的空间中并硬化。从而将该无缺陷的PCB单元201b粘接在该PCB板200上。

然而，由于更换该有缺陷的PCB单元201a的无缺陷的PCB单元201b与该PCB板200之间的位置对准精度只取决于在该夹具上的固定销，因此要获得足够的定位精度有限制，结果，矫正的PCB板的产量降低。

即：为了制造精确的夹具，需要用于钻削处在精确的位置上，每一个孔都有精确直径的固定销插入孔的昂贵的精密钻机。另外，埋入该夹具中的固定销也需要精确加工。然而，即使精确加工了该固定销和该固定销的插入孔，在将该固定销埋入该固定销插入孔的过程中，可能有一些误差。即，难以制造高密度的PCB板所需要的精确夹具。另外，该夹具板容易变形，和该销的位置容易移动，造成该PCB板的缺陷。当该夹具变形时，需要更换整个夹具体，增加制造成本。

发明内容

本发明是为了解决上述问题而提出的。本发明的一个目的是要提供一种更换在PCB板上形成的有缺陷的PCB单元的装置和方法，该装置和方法不需使用精确的夹具，通过实时地校正相对位置，可使PCB板与用于更换该有缺陷的PCB单元的无缺陷的PCB单元的相对位置精确地对准。

本发明的其他优点，目的和特点在下面的说明中部分地给出，具有普通技术熟练程度的人，可从下述的说明中了解或从本发明的实践中学习。

本发明的目的和其他优点可从以下的说明书和所附的权利要求书及附图中所述的结构中实现和得到。

为了达到这些目的和其他优点，根据本发明的目的，如这里广义地所述的一样，提供了一种利用无缺陷的PCB单元更换在PCB板上形成的有缺陷的印刷电路板(PCB)单元的装置，其中，该无缺陷的PCB单元粘接在除去有缺陷的PCB单元的位置；该装置包括：一个位置校正工作台，在其上放置无缺陷的PCB单元；一个板安置工作台，在其上放置除去该有缺陷PCB单元的PCB板，该板安置工作台设置有放置该位置校正工作台的位置校正孔；一个安置工作台支承，在其上利用紧固件可拆卸地安装该板安置工作台；一个位置校正驱动器，用于相对于该板安置工作台驱动该位置校正工作台，以校正该无缺陷的PCB单元相对于PCB板的位置；一个观测照相机，用于读取分别放置在该位置校正工作台和该板安置工作台上的无缺陷PCB单元和PCB板的特定点的位置；一个读取位置变化驱动器，用于依次使由在该观测照相机下面的观测照相机读取的特定点运动；和一个控制器，用于控制该位置校正驱动器和该读取位置变化驱动器，接收该观测照相机，该位置校正驱动器和该读取位置变化驱动器的工作结果；和利用根据该工作结果计算位置校正数据控制该位置校正驱动器。

因此，本发明的更换在PCB板上形成的有缺陷的PCB单元的装置，可以通过实时地校正该相对位置，精确地使PCB板和无缺陷的PCB单元的相对位置对准，以便不使用精确的夹具，而更换该有缺陷的PCB单元。

根据本发明的另一个方面，提供了一种用无缺陷的PCB单元更换在PCB板上形成的有缺陷的PCB单元的方法，其中，该无缺陷的PCB单元粘接在除去该有缺陷的PCB单元的地方，该方法包括下列步骤：从该PCB板上除去有缺陷的PCB板；将无缺陷的PCB单元放置在由除去该有缺陷的PCB单元形成的PCB板的空间上；利用一个观测照相机读取该无缺陷的PCB单元相对于该PCB板的相对位置；和当从读取结果确定，该无缺陷的PCB单元位于对准位置之外时，将该无缺陷的PCB单元的位置校正至一个对准位置。

附图说明

现在引入提供对本发明进一步了解的附图，它构成本申请的一部分，说明本发明的实施例，并与说明一起，用于说明本发明的原理。在附图中：

图1～3为表示利用无缺陷的PCB单元更换在PCB板上形成的有缺陷的PCB单元的传统方法的示意图；

图4为根据本发明的一个实施例的，更换在PCB板上形成的有缺陷的PCB单元的装置的方框图；

图5为根据本发明的一个实施例的，更换在PCB板上形成的有缺陷的PCB单元的装置的透视图；

图6为根据本发明的一个实施例的，更换在PCB板上形成的有缺陷的PCB单元的装置的部分截面图；

图7为表示放置在PCB板上的无缺陷的PCB单元的图；

图8为表示利用PCB板的位置向量和无缺陷的PCB单元的位置向量进行位置校正的图；

图9为根据本发明的另一个实施例的，更换在PCB板上形成的有缺陷PCB单元的装置的方框图。

具体实施方式

以下，结合附图说明本发明的优选实施例。

应当理解，本发明的下面的详细说明只是示例性的和说明性的，不是要限制本发明。

图4表示根据本发明的一个实施例的，更换在PCB板上形成的有缺陷的PCB单元的装置的方框图。图5为根据本发明的一个实施例的，更换在PCB板上形成的有缺陷PCB单元的装置的透视图。图6表示根据本发明的一个实施例的，更换在PCB板上形成的有缺陷的PCB单元的装置的部分截面图。图7表示放置在PCB板上的无缺陷的PCB单元的图。图8为表示利用PCB板的位置向量和无缺陷的PCB单元的位置向量进行位置校正的图。图9为表示根据本发明的另一个实施例的，更换在PCB板上形成的有缺陷的PCB单元的装置的方框图。

本发明的用于更换有缺陷的PCB单元的装置包括：在其上放置用于更换有缺陷的PCB单元的无缺陷PCB单元201b的位置校正工作台10；在上面放置着除去有缺陷的PCB单元200的，带有放置该位置校正工作台10的位置校正孔21的板安置工作台20；利用紧固件(例如螺钉)可拆卸地将该板安置工作台20安装在上面的一个安置工作台支承30；用于相对于该板安置工作台20驱动该位置校正工作台10，校正该无缺陷的PCB单元201b相对于该PCB板200的位置的位置校正驱动器40；用于读取分别放置在该位置校正工作台10和该板安置工作台20上的无缺陷PCB单元和PCB板的特定点的位置的观测照相机50；用于依次使由该观测照相机50下面的观测照相机读取的该特定点运动的读取位置变化驱动器60；和一个控制器70。该控制器70可以控制该位置校正驱动器60(40)和该读取位置变化驱动器60，接收该观测照相机50，该位置校正驱动器40和读取位置变化驱动器60的工作结果，并可利用根据该工作结果计算位置校正数据而控制该位置校正驱动器40。

该控制器70由计算机或PLC构成，它包括一个用于显示从该观测照相机50传送的图像信息的视频监视器71；用于输入控制所需要的设计和Gerber数据与其他需要的信息的键盘72；和存储输入数据和处理算法的一个存储器。

该位置校正工作台10和该板安置工作台20由胶木板或透明的丙烯板构成，最好是使用透明的丙烯板制造工作台10和20，使得可以从下侧进行光的照明，该工作台10和20相应地带有多个真空吸附孔10a和20a，使得放置在上面的PCB板200和无缺陷PCB单元201b可以稳定地被真空吸附支承。因此，在该工作台10和20的下面，放置与真空泵(没有示出)连接，用于产生真空的吸附杯20b。

当对于存储在控制器70中的预先确定的数据，该PCB板200S设置的相同时，则可以节省寻找读取点的时间。因此，用于为该PCB板200的安置位置导向的一个导向器20d可滑动地安装在该板安置工作台20上作出的一个导向槽20c中。

该位置校正驱动器40和读取位置变化驱动器60不是仅限于一个特定的结构。即：可以使用在X-Y坐标的一个方向上进行往复运动或回转运动的任何结构。在这个实施例中，该读取位置变化驱动器60包括第一个支承61，它由导轨61a导向，并由驱动电机61b和滚珠丝杠61c带动进行往复运动；另外，还包括放置在该第一个支承61上面，并与该第一个支承61垂直，由导轨62a，驱动电机62b和滚珠丝杠62c带动作往复运动的第二个支承62。该安置工作台支承30和该位置校正驱动器40安装在第二个支承62上，可在X-Y坐标的方向上移动，作为本发明的另一个实施例，如图9所示，可以将该观测照相机50设计成由该读取位置变化驱动器60驱动。

该位置校正驱动器40设计成可由安装在支承41和42上，可在X-Y坐标的方向上运动的步进电机43带动转动。最好，将该位置校正驱动器40设计成可在垂直方向运动，使得可以容易地安置该无缺陷的PCB单元201b。

下面，与上述的装置的工作说明一起，说明用无缺陷的PCB单元更换作在PCB板上的有缺陷的PCB单元的方法。

首先，将已除去该有缺陷的PCB单元的PCB板200放置在该板安置工作台20上，使得除去该有缺陷的PCB单元形成的空间可以位于该位置校正孔21上；并且该PCB板200的左下端与该导向器20d接触。其次，将更换该有缺陷的PCB单元201a的无缺陷PCB单元201b放置在该位置校正工作台10上。

这时，该PCB板200和无缺陷的PCB单元201b由通过真空吸附孔10a和20a形成的真空吸附作用，牢固地固定在工作台10和20上。

以后，由该读取位置变化驱动器60驱动该位置校正工作台10和板安置工作台20，使得观测照相机50可以读取PCB板的基准标记210和211的中心点。由该观测照相机50读取的该中心点存储在控制器70中。该控制器计算与该中心点关连的一个位置向量A。还读取在该无缺陷的PCB单元上的预先确定的二个点，和计算该预先确定的二个点的位置向量B，并存储在控制器70中，该无缺陷的PCB单元的该预先确定的二个点可以为零件插入孔或在一个印刷图形上形成的点。

该控制器70使该位置校正驱动器40工作，使得向量B相对于向量A的位置可以位于一个对准位置C上，从而自动地实现位置校正。

以后，该无缺陷的PCB单元201b和PCB板200利用胶带互相连接，同时保持其位置。这时，该胶带的方向，角度和长度可考虑环氧树脂的膨胀系数确定，使得该无缺陷的PCB单元201b不会因环氧树脂的膨胀而在X、Y和Z的任何一个方向上移动。该环氧树脂是注入在该无缺陷的PCB单元201b和该PCB板200之间形成的间隙中，并在该间隙中干燥的。

接着，将环氧树脂注入由该胶带连接的该无缺陷PCB单元201b和该PCB板200之间的间隙中。对于这种处理，将该连接的无缺陷PCB单元201b和PCB板200倒转放置，使该间隙的一个侧面被该带封闭，并将预先确定量的环氧树脂，通过该间隙的另一侧，由一个定量的环氧树脂注入器注入该间隙中。

以后，将注入环氧树脂的PCB板在烘箱中干燥。当在干燥过程中，该胶带变形时，放置在该PCB板200上的该无缺陷的PCB单元201b的校正位置可能移动。因此，该带应该由在高温下不变形的材料制成，在该PCB板干燥后，除去该带，从而完成了有缺陷的PCB单元被无缺陷的PCB单元更换的矫正的PCB板。

如上所述，本发明的更换有缺陷的PCB单元的装置可以在更换有缺陷的PCB单元中，不使用机械夹具，实现精确的定位。因此，可以制造高度精确和一致的产品，提高生产率和产量。另外，由于不使用夹具，不需要制造和维修该夹具的时间和化费，可以节约PCB的制造成本。另外，更换有缺陷的PCB单元的过程简单化和自动化，因此可以进一步降低PCB的制造成本。