專利名稱：高速全自動(dòng)貼片機(jī)微型模塊化貼裝頭的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及SMT(Surface Mount Technology，表面貼裝技術(shù))的貼片機(jī)領(lǐng)域，具體涉及一種電子表面貼裝的貼片機(jī)及其貼裝頭總成的技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
表面貼裝技術(shù)(SMT)起源于50年代末，隨著半導(dǎo)體集成電路的發(fā)明而出現(xiàn)的厚薄膜混合集成電路。由于陶瓷基板質(zhì)地堅(jiān)硬，不便于打孔進(jìn)行元器件插裝，開始采用片式元器件，于是出現(xiàn)了片式電容、片式電阻，有源元器件則采用裸片以絲焊或倒裝片等形式進(jìn)行組裝。進(jìn)入70年代后，混合集成電路的應(yīng)用開始由軍用領(lǐng)域向工業(yè)及民用領(lǐng)域擴(kuò)展，生產(chǎn)規(guī)模迅速擴(kuò)大。70年代末80年代初，傳統(tǒng)的印制電路板由原來的通孔插接組裝，借鑒混合電路的工藝，逐步改為以表面安裝為主，這種組裝厚度薄、體積小、可靠性高及便于自動(dòng)化生產(chǎn)的特點(diǎn)使其逐步成為電子組裝的主導(dǎo)技術(shù)。隨著電子產(chǎn)品向便攜式、小型化、網(wǎng)絡(luò)化和多媒體方向迅速發(fā)展，SMT在電子工業(yè)中正得到越來越廣泛的應(yīng)用，并且在許多領(lǐng)域部分或全部取代了傳統(tǒng)電子裝聯(lián)技術(shù)。
貼片機(jī)是SMT生產(chǎn)線中最關(guān)鍵的設(shè)備，它往往占了整條生產(chǎn)線投資額的一半以上。目前貼片機(jī)大致可分為四種類型動(dòng)臂式、復(fù)合式、轉(zhuǎn)盤式和大型平行系統(tǒng)。不同種類的貼片機(jī)各有優(yōu)劣，通常取決于應(yīng)用或工藝對(duì)系統(tǒng)的要求，在其速度和精度之間也存在一定的平衡。盡管貼片機(jī)種類繁多，綜合起來可以簡(jiǎn)要地概括為以下四部分組成貼裝頭系統(tǒng)、供料系統(tǒng)、印刷電路板(PCB板)傳輸系統(tǒng)和管理控制系統(tǒng)。其中貼裝頭系統(tǒng)是貼片機(jī)的核心，它要完成芯片拾取到準(zhǔn)確地貼裝PCB板上的全過程，決定著貼片機(jī)的結(jié)構(gòu)及主要性能。
從貼裝頭要完成的功能方面看，貼裝頭應(yīng)該包括Z軸運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)、θ角控制系統(tǒng)、真空系統(tǒng)。其中Z軸運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)完成芯片的上下貼裝運(yùn)動(dòng)，θ角控制系統(tǒng)完成芯片的偏置誤差校正，真空系統(tǒng)完成芯片的拾取與放置。目前國內(nèi)外相關(guān)技術(shù)主要可以分為如下幾類一、Z軸采用齒輪/齒條的傳統(tǒng)傳動(dòng)系統(tǒng)，執(zhí)行機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單，但是控制精度難以提高；二、Z軸采用伺服電機(jī)/鋼絲/滾輪，將電機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為Z軸的上下運(yùn)動(dòng)，此類系統(tǒng)裝配復(fù)雜，精度不高，若要實(shí)現(xiàn)單頭多吸嘴系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)將更加復(fù)雜；三、Z軸采用步進(jìn)電機(jī)和同步帶傳動(dòng)，將電機(jī)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為直線運(yùn)動(dòng)，單一吸嘴設(shè)計(jì)成一個(gè)模塊，包括兩個(gè)步進(jìn)電機(jī)，一個(gè)負(fù)責(zé)Z軸運(yùn)動(dòng)，一個(gè)負(fù)責(zé)θ角控制，這樣的系統(tǒng)有一定的精度，并可以根據(jù)用戶需求自由組合吸嘴數(shù)量，但是這樣的傳動(dòng)方式單模塊系統(tǒng)的體積與質(zhì)量都已經(jīng)很大，組合多吸嘴后成倍地增加了貼裝頭的轉(zhuǎn)動(dòng)慣性，為了保證貼裝精度以及機(jī)器的使用壽命，相應(yīng)地只能增加懸掛該貼裝頭，并驅(qū)動(dòng)其平移的導(dǎo)軌框架的尺寸和重量，最終導(dǎo)致整機(jī)體積龐大笨重，成本也相應(yīng)增加。
目前，貼裝機(jī)正朝著高速、高精度、智能化、柔性制造系統(tǒng)(FMS)、多功能等方向發(fā)展。由于上述幾種類型的貼裝頭系統(tǒng)各自的缺點(diǎn)，在一定程度上限制了其發(fā)展及相關(guān)技術(shù)的普及。
(三)新型內(nèi)容針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的上述缺點(diǎn)，本實(shí)用新型以模塊化設(shè)計(jì)思想為出發(fā)點(diǎn)，提供一種布局簡(jiǎn)單，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔，易重組，方便用戶自主定制的微型模塊化貼裝頭。
本實(shí)用新型的技術(shù)解決方案是一種微型模塊化貼裝頭，該貼裝頭包括固定框架、貼裝模組和真空模組，其特征在于所述的固定框架是由主框架和副框架構(gòu)成的簸箕形框架，該簸箕形框架有水平和豎直方向的定位面；所述的貼裝模組外形是一個(gè)長(zhǎng)方體，該長(zhǎng)方體形的貼裝模組的底面和側(cè)面為定位面，與固定框架的定位面相配合；所述的真空模組位于固定框架的正上方。
所述的固定框架包括主框架和副框架，主框架三邊有擋板，上端開口，供電纜線接出，主框架后面有兩排沉頭螺紋孔，下端有一排螺紋孔，上端有真空模組安裝螺紋孔，兩側(cè)有副框架安裝螺紋孔；所述的副框架呈U型結(jié)構(gòu)，固定在主框架的中部；主框架與副框架一起固定安裝貼裝模組；所述的貼裝模組由一組二自由度微型貼裝組件排列組合而成，微型貼裝組件為扁平狀的長(zhǎng)方體構(gòu)形，若干個(gè)這樣的組件組合之后呈一個(gè)長(zhǎng)方體的外形；該微型貼裝組件內(nèi)部由兩個(gè)微型精密直流伺服電機(jī)、一組微型升降絲桿以及預(yù)定齒輪傳動(dòng)件構(gòu)成；所述的微型貼裝組件下端有一個(gè)空心軸輸出端，上端有一個(gè)真空輸入接口和一個(gè)電纜輸出接口；所述的空心軸輸出端有兩個(gè)自由度，一個(gè)是Z方向的直線運(yùn)動(dòng)，一個(gè)是θ角方向的轉(zhuǎn)動(dòng)，其運(yùn)動(dòng)分別以兩個(gè)微型精密直流伺服電機(jī)通過升降絲桿傳動(dòng)控制以及齒輪傳動(dòng)控制實(shí)現(xiàn)；所述的真空模組包括一組真空發(fā)生器、一組真空供氣閥、一組破壞閥、一組真空壓力開關(guān)，這些器件和部件都安裝在一塊集成板上；真空模組負(fù)責(zé)真空源的產(chǎn)生和芯片的吸取放置；所述的集成板有一排真空輸出口；所述的貼裝模組通過主框架背面兩排沉頭螺紋孔的螺栓連接固定在主框架上，副框架跨過貼裝模組的中部，進(jìn)一步固定貼裝模組；所述的真空模組通過集成板螺栓固定安裝在主框架的上端；所述的貼裝模組與真空模組中，一個(gè)微型貼裝組件對(duì)應(yīng)一個(gè)真空發(fā)生器，一個(gè)真空供氣閥，一個(gè)真空破壞閥和一個(gè)真空壓力開關(guān)；集成板上的真空輸出口與貼裝組件上真空接入口通過軟管連通；微型貼裝組件的數(shù)量和真空器件的數(shù)量可以根據(jù)用戶需求自主定義；所述的固定框架、貼裝模組和真空模組構(gòu)成了高速全自動(dòng)貼片機(jī)微型模塊化貼裝頭。以固定框架為核心，貼裝模組和真空模組安裝在固定框架上；工作時(shí)每一時(shí)刻只有一個(gè)貼裝組件動(dòng)作；各貼裝組件依次動(dòng)作；貼裝組件中兩個(gè)微型精密直流伺服電機(jī)施行精確的Z方向位置控制以及θ角轉(zhuǎn)角控制；真空系統(tǒng)配合空心軸動(dòng)作控制真空源的生成與破壞及相關(guān)的壓力調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)空心軸對(duì)芯片的吸取與放置。
本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)在于它充分考慮模塊化設(shè)計(jì)思想，以用戶和市場(chǎng)實(shí)際需求為目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)了機(jī)械總成模塊化和控制模塊化；本實(shí)用新型中的二自由度微型貼裝組件，該類系統(tǒng)采用先進(jìn)的控制算法和相應(yīng)精確的電、機(jī)執(zhí)行設(shè)備，形成完整的控制回路，控制精度高，響應(yīng)速度快，貼裝速率高，整機(jī)體積尺寸小，可靠性高；模塊化設(shè)計(jì)便于系統(tǒng)集成及系統(tǒng)優(yōu)化；采用微型扁平狀的貼裝組件使得各吸嘴軸間距大大縮小，貼裝頭機(jī)械總成的體積質(zhì)量大大減小，從而使XY驅(qū)動(dòng)及整機(jī)的重量和體積大大減小。


圖1為本實(shí)用新型的立體示意圖；圖2為本實(shí)用新型的主視圖；圖3為本實(shí)用新型的左視圖；圖4為本實(shí)用新型的俯視圖；圖5為本實(shí)用新型的后視圖。
圖中標(biāo)號(hào)說明如下1、空心軸 2、主框架 3、微型貼裝組件4、框架螺栓5、副框架 6、真空壓力開關(guān)
7、集成板 8、真空供氣閥9、集成板螺栓10、真空發(fā)生器 11、電纜輸出接口 12、真空破壞閥13、真空輸出口 14、真空接入口 15、連接軟管16、底部固定螺栓 17、側(cè)面固定螺栓I18、側(cè)面固定螺栓II具體實(shí)施方式
高速全自動(dòng)貼片機(jī)微型模塊化貼裝頭包括固定框架、貼裝模組和真空模組，其特征在于如圖1所示，所述的固定框架是由主框架2和副框架5構(gòu)成的簸箕形框架，該簸箕形框架底部有一個(gè)水平定位面和一個(gè)豎直定位面；所述的貼裝模組外形是一個(gè)長(zhǎng)方體，該長(zhǎng)方體形的貼裝模組的底面和側(cè)面為定位面，與固定框架的定位面相配合；所述的真空模組位于固定框架的正上方。
如圖1、圖3、圖5所示，所述的固定框架包括主框架2和副框架5，主框架2三邊有擋板，上端開口，供電纜線接出，主框架2后面有兩排沉頭螺紋孔，下端有一排螺紋孔，上端有真空模組安裝螺紋孔，兩側(cè)有副框架5安裝螺紋孔；所述的副框架5呈U型結(jié)構(gòu)，固定在主框架2的中部；主框架2與副框架5一起固定安裝貼裝模組；如圖1圖3所示，所述的貼裝模組由8個(gè)二自由度微型貼裝組件3排列組合而成，微型貼裝組件3為扁平狀的長(zhǎng)方體構(gòu)型，8個(gè)這樣的組件排列組合之后呈一個(gè)大長(zhǎng)方體的外形；所述的微型貼裝組件3下端輸出端有一個(gè)空心軸1，上端有一個(gè)真空輸入接口14和一個(gè)電纜輸出接口11；所述的空心軸1輸出端有兩個(gè)自由度，一個(gè)是Z方向的直線運(yùn)動(dòng)，一個(gè)是θ角方向的轉(zhuǎn)動(dòng)，其運(yùn)動(dòng)分別以兩個(gè)微型精密直流伺服電機(jī)通過升降絲桿傳動(dòng)控制以及齒輪傳動(dòng)控制實(shí)現(xiàn)；如圖1、圖3所示，所述的真空模組包括一組真空發(fā)生器10、一組真空供氣閥8、一組破壞閥12、一組真空壓力開關(guān)6，這些器件和部件都安裝在一塊集成板7上；真空模組負(fù)責(zé)真空源的產(chǎn)生和芯片的吸取放置；所述的集成板有一排真空輸出口13；如圖1、圖3、圖5所示，所述的貼裝模組通過上的底部固定螺栓16和側(cè)面固定螺栓I 17、側(cè)面固定螺栓II 18固定在主框架上2上，副框架5跨過貼裝模組的中部，通過框架螺栓4固定在主框架2上；所述的真空模組通過集成板螺栓9固定安裝在主框架2的上端；
所述的貼裝模組與真空模組中，一個(gè)微型貼裝組件3對(duì)應(yīng)一個(gè)真空發(fā)生器10，一個(gè)真空供氣閥8，一個(gè)真空破壞閥12和一個(gè)真空壓力開關(guān)6；集成板7上的真空輸出口13與貼裝組件3上真空接入口14通過連接軟管15連通；微型貼裝組件3的數(shù)量和真空器件的數(shù)量在此實(shí)施例中為8；所述的固定框架、貼裝模組和真空模組構(gòu)成了高速全自動(dòng)貼片機(jī)微型模塊化貼裝頭。以固定框架為核心，貼裝模組和真空模組安裝在固定框架上；工作時(shí)每一時(shí)刻只有一個(gè)貼裝組件動(dòng)作3；其它組件依次動(dòng)作；貼裝組件3中兩個(gè)微型精密直流伺服電機(jī)施行精確的Z方向位置控制以及θ角轉(zhuǎn)角控制；真空系統(tǒng)配合空心軸1動(dòng)作控制真空源的生成與破壞及相關(guān)的壓力調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)空心軸1對(duì)芯片的吸取與放置。
為闡述方便，貼裝模組中貼裝組件的位置依次稱為1號(hào)位、2號(hào)位……8號(hào)位，對(duì)于8個(gè)貼裝組件的貼裝頭具體實(shí)施例流程如下芯片吸取流程①空心軸下行；②真空供氣閥打開；③真空壓力開關(guān)打開；④芯片吸??；⑤空心軸上行。
芯片貼放流程①空心軸下行；②真空破壞閥打開；③芯片貼放；④空心軸上行。
貼裝頭工作流程①1號(hào)位芯片吸??；②2號(hào)位-8號(hào)位芯片吸取；③1號(hào)位θ角校正；④1號(hào)位芯片貼放；⑤2號(hào)位-8號(hào)位分別進(jìn)行θ角校正與芯片貼放；⑥進(jìn)入工序②循環(huán)進(jìn)行；⑦貼裝完成。
權(quán)利要求1.一種高速全自動(dòng)貼片機(jī)微型模塊化貼裝頭，其特征在于該貼裝頭包括固定框架、貼裝模組和真空模組，所述的固定框架是由主框架和副框架構(gòu)成的簸箕形框架，該簸箕形框架有水平和豎直方向的定位面，主框架三邊有擋板，上端開口，供電纜線接出，主框架后面有兩排沉頭螺紋孔，下端有一排螺紋孔，上端有真空模組安裝螺紋孔，兩側(cè)有副框架安裝螺紋孔，副框架呈U型結(jié)構(gòu)，固定在主框架的中部，主框架與副框架一起固定安裝貼裝模組；所述的貼裝模組外形是一個(gè)長(zhǎng)方體，其底面和側(cè)面為定位面，與固定框架的定位面相配合，該貼裝模組是由一組二自由度微型貼裝組件排列組合而成，該微型貼裝組件為扁平狀的長(zhǎng)方體形狀，預(yù)定個(gè)這樣的組件組合之后呈一個(gè)長(zhǎng)方體的外形，該微型貼裝組件內(nèi)部由兩個(gè)微型精密直流伺服電機(jī)、一組微型升降絲桿以及預(yù)定齒輪傳動(dòng)件構(gòu)成，該微型貼裝組件下端有一個(gè)空心軸輸出端，上端有一個(gè)真空輸入接口和一個(gè)電纜輸出接口；所述的真空模組位于固定框架的正上方，真空模組包括一組真空發(fā)生器、一組真空供氣閥、一組破壞閥、一組真空壓力開關(guān)，這些器件和部件都安裝在一塊集成板上；該集成板有一排真空輸出口；該貼裝模組通過主框架背面兩排沉頭螺紋孔的螺栓連接固定在主框架上，副框架跨過貼裝模組的中部，進(jìn)一步固定貼裝模組；該真空模組通過集成板螺栓固定安裝在主框架的上端；該貼裝模組與真空模組中，一個(gè)微型貼裝組件對(duì)應(yīng)一個(gè)真空發(fā)生器，一個(gè)真空供氣閥，一個(gè)真空破壞閥和一個(gè)真空壓力開關(guān)；集成板上的真空輸出口與貼裝組件上真空接入口通過軟管連通；微型貼裝組件的數(shù)量和真空器件的數(shù)量可以根據(jù)用戶需求自主定義；該固定框架、貼裝模組和真空模組構(gòu)成了高速全自動(dòng)貼片機(jī)微型模塊化貼裝頭，以固定框架為核心，貼裝模組和真空模組安裝在固定框架上。
專利摘要一種微型模塊化貼裝頭，該貼裝頭包括固定框架、貼裝模組和真空模組。所述的固定框架是由主框架和副框架構(gòu)成的簸箕形框架，貼裝模組外形是一個(gè)長(zhǎng)方體，真空模組位于固定框架的正上方。以固定框架為核心，貼裝模組和真空模安裝在固定框架上；工作時(shí)每一時(shí)刻只有一個(gè)貼裝組件動(dòng)作；各貼裝組件依次動(dòng)作；貼裝組件中兩個(gè)微型精密直流伺服電機(jī)施行精確的Z方向位置控制以及θ角轉(zhuǎn)角控制；真空系統(tǒng)配合空心軸動(dòng)作控制真空源的生成與破壞及相關(guān)的壓力調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)空心軸對(duì)芯片的吸取與放置。
文檔編號(hào)H05K3/32GK2919809SQ20062002320
公開日2007年7月4日 申請(qǐng)日期2006年7月4日 優(yōu)先權(quán)日2006年7月4日
發(fā)明者劉強(qiáng), 吳文鏡, 鄭妍, 袁松梅 申請(qǐng)人:北京航空航天大學(xué)