专利名称：高速全自动贴片机微型模块化贴装头的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及SMT(Surface Mount Technology，表面贴装技术)的贴片机领域，具体涉及一种电子表面贴装的贴片机及其贴装头总成的技术领域。
背景技术：
表面贴装技术(SMT)起源于50年代末，随着半导体集成电路的发明而出现的厚薄膜混合集成电路。由于陶瓷基板质地坚硬，不便于打孔进行元器件插装，开始采用片式元器件，于是出现了片式电容、片式电阻，有源元器件则采用裸片以丝焊或倒装片等形式进行组装。进入70年代后，混合集成电路的应用开始由军用领域向工业及民用领域扩展，生产规模迅速扩大。70年代末80年代初，传统的印制电路板由原来的通孔插接组装，借鉴混合电路的工艺，逐步改为以表面安装为主，这种组装厚度薄、体积小、可靠性高及便于自动化生产的特点使其逐步成为电子组装的主导技术。随着电子产品向便携式、小型化、网络化和多媒体方向迅速发展，SMT在电子工业中正得到越来越广泛的应用，并且在许多领域部分或全部取代了传统电子装联技术。
贴片机是SMT生产线中最关键的设备，它往往占了整条生产线投资额的一半以上。目前贴片机大致可分为四种类型动臂式、复合式、转盘式和大型平行系统。不同种类的贴片机各有优劣，通常取决于应用或工艺对系统的要求，在其速度和精度之间也存在一定的平衡。尽管贴片机种类繁多，综合起来可以简要地概括为以下四部分组成贴装头系统、供料系统、印刷电路板(PCB板)传输系统和管理控制系统。其中贴装头系统是贴片机的核心，它要完成芯片拾取到准确地贴装PCB板上的全过程，决定着贴片机的结构及主要性能。
从贴装头要完成的功能方面看，贴装头应该包括Z轴运动系统、θ角控制系统、真空系统。其中Z轴运动系统完成芯片的上下贴装运动，θ角控制系统完成芯片的偏置误差校正，真空系统完成芯片的拾取与放置。目前国内外相关技术主要可以分为如下几类一、Z轴采用齿轮/齿条的传统传动系统，执行机构简单，但是控制精度难以提高；二、Z轴采用伺服电机/钢丝/滚轮，将电机的旋转运动转化为Z轴的上下运动，此类系统装配复杂，精度不高，若要实现单头多吸嘴系统，结构将更加复杂；三、Z轴采用步进电机和同步带传动，将电机旋转运动转化为直线运动，单一吸嘴设计成一个模块，包括两个步进电机，一个负责Z轴运动，一个负责θ角控制，这样的系统有一定的精度，并可以根据用户需求自由组合吸嘴数量，但是这样的传动方式单模块系统的体积与质量都已经很大，组合多吸嘴后成倍地增加了贴装头的转动惯性，为了保证贴装精度以及机器的使用寿命，相应地只能增加悬挂该贴装头，并驱动其平移的导轨框架的尺寸和重量，最终导致整机体积庞大笨重，成本也相应增加。
目前，贴装机正朝着高速、高精度、智能化、柔性制造系统(FMS)、多功能等方向发展。由于上述几种类型的贴装头系统各自的缺点，在一定程度上限制了其发展及相关技术的普及。
(三)新型内容针对现有技术的上述缺点，本实用新型以模块化设计思想为出发点，提供一种布局简单，结构简洁，易重组，方便用户自主定制的微型模块化贴装头。
本实用新型的技术解决方案是一种微型模块化贴装头，该贴装头包括固定框架、贴装模组和真空模组，其特征在于所述的固定框架是由主框架和副框架构成的簸箕形框架，该簸箕形框架有水平和竖直方向的定位面；所述的贴装模组外形是一个长方体，该长方体形的贴装模组的底面和侧面为定位面，与固定框架的定位面相配合；所述的真空模组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，主框架三边有挡板，上端开口，供电缆线接出，主框架后面有两排沉头螺纹孔，下端有一排螺纹孔，上端有真空模组安装螺纹孔，两侧有副框架安装螺纹孔；所述的副框架呈U型结构，固定在主框架的中部；主框架与副框架一起固定安装贴装模组；所述的贴装模组由一组二自由度微型贴装组件排列组合而成，微型贴装组件为扁平状的长方体构形，若干个这样的组件组合之后呈一个长方体的外形；该微型贴装组件内部由两个微型精密直流伺服电机、一组微型升降丝杆以及预定齿轮传动件构成；所述的微型贴装组件下端有一个空心轴输出端，上端有一个真空输入接口和一个电缆输出接口；所述的空心轴输出端有两个自由度，一个是Z方向的直线运动，一个是θ角方向的转动，其运动分别以两个微型精密直流伺服电机通过升降丝杆传动控制以及齿轮传动控制实现；所述的真空模组包括一组真空发生器、一组真空供气阀、一组破坏阀、一组真空压力开关，这些器件和部件都安装在一块集成板上；真空模组负责真空源的产生和芯片的吸取放置；所述的集成板有一排真空输出口；所述的贴装模组通过主框架背面两排沉头螺纹孔的螺栓连接固定在主框架上，副框架跨过贴装模组的中部，进一步固定贴装模组；所述的真空模组通过集成板螺栓固定安装在主框架的上端；所述的贴装模组与真空模组中，一个微型贴装组件对应一个真空发生器，一个真空供气阀，一个真空破坏阀和一个真空压力开关；集成板上的真空输出口与贴装组件上真空接入口通过软管连通；微型贴装组件的数量和真空器件的数量可以根据用户需求自主定义；所述的固定框架、贴装模组和真空模组构成了高速全自动贴片机微型模块化贴装头。以固定框架为核心，贴装模组和真空模组安装在固定框架上；工作时每一时刻只有一个贴装组件动作；各贴装组件依次动作；贴装组件中两个微型精密直流伺服电机施行精确的Z方向位置控制以及θ角转角控制；真空系统配合空心轴动作控制真空源的生成与破坏及相关的压力调节，实现空心轴对芯片的吸取与放置。
本实用新型的优点在于它充分考虑模块化设计思想，以用户和市场实际需求为目标，实现了机械总成模块化和控制模块化；本实用新型中的二自由度微型贴装组件，该类系统采用先进的控制算法和相应精确的电、机执行设备，形成完整的控制回路，控制精度高，响应速度快，贴装速率高，整机体积尺寸小，可靠性高；模块化设计便于系统集成及系统优化；采用微型扁平状的贴装组件使得各吸嘴轴间距大大缩小，贴装头机械总成的体积质量大大减小，从而使XY驱动及整机的重量和体积大大减小。
图1为本实用新型的立体示意图；图2为本实用新型的主视图；图3为本实用新型的左视图；图4为本实用新型的俯视图；图5为本实用新型的后视图。
图中标号说明如下1、空心轴 2、主框架 3、微型贴装组件4、框架螺栓5、副框架 6、真空压力开关
7、集成板 8、真空供气阀9、集成板螺栓10、真空发生器 11、电缆输出接口 12、真空破坏阀13、真空输出口 14、真空接入口 15、连接软管16、底部固定螺栓 17、侧面固定螺栓I18、侧面固定螺栓II具体实施方式
高速全自动贴片机微型模块化贴装头包括固定框架、贴装模组和真空模组，其特征在于如图1所示，所述的固定框架是由主框架2和副框架5构成的簸箕形框架，该簸箕形框架底部有一个水平定位面和一个竖直定位面；所述的贴装模组外形是一个长方体，该长方体形的贴装模组的底面和侧面为定位面，与固定框架的定位面相配合；所述的真空模组位于固定框架的正上方。
如图1、图3、图5所示，所述的固定框架包括主框架2和副框架5，主框架2三边有挡板，上端开口，供电缆线接出，主框架2后面有两排沉头螺纹孔，下端有一排螺纹孔，上端有真空模组安装螺纹孔，两侧有副框架5安装螺纹孔；所述的副框架5呈U型结构，固定在主框架2的中部；主框架2与副框架5一起固定安装贴装模组；如图1图3所示，所述的贴装模组由8个二自由度微型贴装组件3排列组合而成，微型贴装组件3为扁平状的长方体构型，8个这样的组件排列组合之后呈一个大长方体的外形；所述的微型贴装组件3下端输出端有一个空心轴1，上端有一个真空输入接口14和一个电缆输出接口11；所述的空心轴1输出端有两个自由度，一个是Z方向的直线运动，一个是θ角方向的转动，其运动分别以两个微型精密直流伺服电机通过升降丝杆传动控制以及齿轮传动控制实现；如图1、图3所示，所述的真空模组包括一组真空发生器10、一组真空供气阀8、一组破坏阀12、一组真空压力开关6，这些器件和部件都安装在一块集成板7上；真空模组负责真空源的产生和芯片的吸取放置；所述的集成板有一排真空输出口13；如图1、图3、图5所示，所述的贴装模组通过上的底部固定螺栓16和侧面固定螺栓I 17、侧面固定螺栓II 18固定在主框架上2上，副框架5跨过贴装模组的中部，通过框架螺栓4固定在主框架2上；所述的真空模组通过集成板螺栓9固定安装在主框架2的上端；
所述的贴装模组与真空模组中，一个微型贴装组件3对应一个真空发生器10，一个真空供气阀8，一个真空破坏阀12和一个真空压力开关6；集成板7上的真空输出口13与贴装组件3上真空接入口14通过连接软管15连通；微型贴装组件3的数量和真空器件的数量在此实施例中为8；所述的固定框架、贴装模组和真空模组构成了高速全自动贴片机微型模块化贴装头。以固定框架为核心，贴装模组和真空模组安装在固定框架上；工作时每一时刻只有一个贴装组件动作3；其它组件依次动作；贴装组件3中两个微型精密直流伺服电机施行精确的Z方向位置控制以及θ角转角控制；真空系统配合空心轴1动作控制真空源的生成与破坏及相关的压力调节，实现空心轴1对芯片的吸取与放置。
为阐述方便，贴装模组中贴装组件的位置依次称为1号位、2号位……8号位，对于8个贴装组件的贴装头具体实施例流程如下芯片吸取流程①空心轴下行；②真空供气阀打开；③真空压力开关打开；④芯片吸取；⑤空心轴上行。
芯片贴放流程①空心轴下行；②真空破坏阀打开；③芯片贴放；④空心轴上行。
贴装头工作流程①1号位芯片吸取；②2号位-8号位芯片吸取；③1号位θ角校正；④1号位芯片贴放；⑤2号位-8号位分别进行θ角校正与芯片贴放；⑥进入工序②循环进行；⑦贴装完成。
权利要求1.一种高速全自动贴片机微型模块化贴装头，其特征在于该贴装头包括固定框架、贴装模组和真空模组，所述的固定框架是由主框架和副框架构成的簸箕形框架，该簸箕形框架有水平和竖直方向的定位面，主框架三边有挡板，上端开口，供电缆线接出，主框架后面有两排沉头螺纹孔，下端有一排螺纹孔，上端有真空模组安装螺纹孔，两侧有副框架安装螺纹孔，副框架呈U型结构，固定在主框架的中部，主框架与副框架一起固定安装贴装模组；所述的贴装模组外形是一个长方体，其底面和侧面为定位面，与固定框架的定位面相配合，该贴装模组是由一组二自由度微型贴装组件排列组合而成，该微型贴装组件为扁平状的长方体形状，预定个这样的组件组合之后呈一个长方体的外形，该微型贴装组件内部由两个微型精密直流伺服电机、一组微型升降丝杆以及预定齿轮传动件构成，该微型贴装组件下端有一个空心轴输出端，上端有一个真空输入接口和一个电缆输出接口；所述的真空模组位于固定框架的正上方，真空模组包括一组真空发生器、一组真空供气阀、一组破坏阀、一组真空压力开关，这些器件和部件都安装在一块集成板上；该集成板有一排真空输出口；该贴装模组通过主框架背面两排沉头螺纹孔的螺栓连接固定在主框架上，副框架跨过贴装模组的中部，进一步固定贴装模组；该真空模组通过集成板螺栓固定安装在主框架的上端；该贴装模组与真空模组中，一个微型贴装组件对应一个真空发生器，一个真空供气阀，一个真空破坏阀和一个真空压力开关；集成板上的真空输出口与贴装组件上真空接入口通过软管连通；微型贴装组件的数量和真空器件的数量可以根据用户需求自主定义；该固定框架、贴装模组和真空模组构成了高速全自动贴片机微型模块化贴装头，以固定框架为核心，贴装模组和真空模组安装在固定框架上。
专利摘要一种微型模块化贴装头，该贴装头包括固定框架、贴装模组和真空模组。所述的固定框架是由主框架和副框架构成的簸箕形框架，贴装模组外形是一个长方体，真空模组位于固定框架的正上方。以固定框架为核心，贴装模组和真空模安装在固定框架上；工作时每一时刻只有一个贴装组件动作；各贴装组件依次动作；贴装组件中两个微型精密直流伺服电机施行精确的Z方向位置控制以及θ角转角控制；真空系统配合空心轴动作控制真空源的生成与破坏及相关的压力调节，实现空心轴对芯片的吸取与放置。
文档编号H05K3/32GK2919809SQ20062002320
公开日2007年7月4日 申请日期2006年7月4日 优先权日2006年7月4日
发明者刘强, 吴文镜, 郑妍, 袁松梅 申请人:北京航空航天大学