专利名称：压力安装装置及压力安装方法
技术领域：
本发明涉及电子技术领域中的装配安装技术，特别涉及电子技术领域中的一种压力安装装置和一种压力安装方法。
背景技术：
随着电子技术的不断发展，例如单板等实现各种用途的印刷电路板(Printed Circuit Board，PCB)变得越来越复杂。例如，PCB的布局密度更高、芯片的数量更多、芯片的功率更大等。
对于功耗较大的芯片，其在工作状态时产生的热量较大，往往需要在其表面安装散热器来对其进行散热处理。
普遍采用的散热器安装方法为使用导热胶材料，将散热器粘接在芯片表面，以保证芯片与散热器的稳固粘接，并使得具有良好导热性能的导热胶能够将芯片在工作状态下所产生的热量迅速传递到散热器。
现有技术中，最常用的散热器安装过程是人工安装。图1为现有技术中在芯片上安装散热器的原理示意图。如图1所示，现有人工安装过程中，由装配工人将PCB 11放置支撑模具的水平台面上，先在PCB 11需要安装散热器14的芯片12上表面涂覆导热胶13，然后将散热器14放置在涂覆了导热胶13的芯片12表面，并对散热器14施加一段时间的压力后，再将压块15压置在散热器14之上，等待一定时间导热胶13固化之后取下压块15。此时，散热器14被安装到了PCB 11上。
上述安装方式存在以下缺陷1、完全依靠人工作业，安装效率较低；安装效果受装配工人技能水平、工作情绪等因素的影响，无法保证每个散热器安装的稳定性，且可能导致芯片或散热器产生物理损坏。
2、每次安装都需要压块，对于大批量并行安装的情况，需要提供较多压块、支撑模具以及这些安装工具的放置空间，所用耗材过多、占用空间较大；压力的大小取决于压块的重量，重量较大的压块的体积通常较大，对于一些高密度布局的PCB来说，在需要较大压力进行散热器安装时，可能会由于芯片间的空间有限，无法实现大重量压块的放置。
3、导热胶固化速度较低，因此暴露时间很长，易受环境污染，从而降低胶体的粘接强度与可靠性；导热胶固化时间长，导致安装周期较长，使得安装效率很低。
可见，现有散热器安装技术的效率较低，且可靠性不高、需要较大的成本。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种压力安装装置，能够提高压力安装的效率。
本发明还提供一种压力安装方法，能够提高压力安装的效率。
本发明提供的一种压力安装装置，包括底模，所述底模具有待安装部件放置面；该装置进一步包括上模、运动进给结构和压置台，其中，所述上模具有运动进给结构安装面，用于安装运动进给结构；所述底模的待安装部件放置面与所述上模的运动进给结构安装面相对，且二者之间具有预先设定的距离；所述运动进给结构的一端固定在上模上，所述运动进给结构的运动自由度方向垂直于所述底模待安装部件放置面；所述运动进给结构的另一端朝向所述底模，且与所述压置台相连；所述压置台在朝向所述底模的方向上，具有平行于所述待安装部件放置面的平面，作为压置接触面，用于与待安装部件进行压力接触。
所述压置台进一步包括发热部件，所述发热部件用于发热，并将热量传导至所述压置台。
该装置进一步包括压力传感器和控制电路，其中，所述压力传感器用于测量所述压置台产生的压力大小并反馈给所述控制电路，所述运动进给结构和所述压置台通过所述压力传感器相连；所述控制电路，用于根据所述压力传感器反馈的压力大小，控制所述运动进给结构运动。
所述控制电路包括主控单元、压力判断单元和计时单元。
所述运动进给结构为具有气阀的气缸。该装置进一步包括高压气源，与所述气缸的气阀相连。
所述待安装部件包括印刷电路板PCB和散热器；所述PCB的一面包括至少一个待安装散热器的芯片；每个芯片通过双面导热胶片或导热胶粘接着一个待安装的散热器。所述双面导热胶片具有与散热器和芯片对应的形状和尺寸。
所述待安装散热器的PCB为双面板，则所述底模的待安装部件放置面上，与PCB不需要安装散热器一面上的电子元器件对应的位置，包括对应数量和形状尺寸的凹槽；所述凹槽的深度，大于等于与该凹槽对应的电子元器件的凸起高度或者插件结构的电子元器件引脚长度。所述底模的待安装部件放置面上具有定位结构，用于对放置的PCB定位。所述定位结构为与所述PCB外形相同且尺寸略大于所述PCB的凹槽，或者为用于在平行于所述待安装部件放置面方向上限位的至少两个凸台，所述凸台的位置和间隔分别对应于所述PCB的外形和尺寸。
所述运动进给结构、压置台、压力传感器的数量分别与所述PCB上需要安装散热器的芯片数量相等。
本发明提供的一种压力安装方法，包括以下步骤设置一用于放置待安装部件的底模，并在预设压力安装的安装位置上方，设置进给运动结构和压置台；将待安装部件放置在底模的对应位置；控制进给运动结构带动压置台向靠近待安装部件的方向运动，直至与待安装部件接触并向所述待安装部件施加压力。
进一步在所述进给运动结构和所述压置台之间，设置压力传感器；在控制进给运动结构带动压置台向靠近待安装部件的方向运动的同时，进一步包括压力传感器实时反馈压置台与待安装部件之间的压力值；判断压力传感器反馈的压力值是否达到预先设定的压力阈值，如果是，则控制所述进给运动结构停止，否则，继续执行所述控制进给运动结构带动压置台向靠近待安装部件的方向运动。
所述待安装部件包括印刷电路板PCB和散热器；所述将待安装部件放置在底模的对应位置之前，进一步包括在所述PCB中需要安装散热器的芯片上粘接胶体，将所述散热器粘接在所述胶体上。
所述将待安装部件放置在底模的对应位置之前之前，进一步包括在所述底模用于放置待安装部件的一面，与PCB不需要安装散热器一面上的电子元器件对应的位置，设置对应数量和形状尺寸的凹槽，且凹槽的深度大于等于对应位置的电子元器件的凸起高度。
所述保持压置台当前的位置不变的同时，进一步包括控制包括发热部件的压置台发热，将热量传导至待安装部件。所述将待安装部件放置在底模的对应位置之前，进一步包括对待安装的散热器进行预热处理。
由上述技术方案可见，本发明的技术方案具有如下有益效果不需要人工参与，提高了安装效率，尤其是在大批量的安装生产中，该效果更加明显；不需要人工安装所使用的大量压块，节省了安装空间和安装成本；压力的大小取决于运动进给结构带动压置台的位移，而不是压块的大小，从而不会出现由于芯片间的空间有限无法放置大重量压块而导致无法安装的情况，提高了压力安装的实用性和通用性。
对应于不同的PCB或在不同位置安装散热器的PCB，可分别设置相应的相互匹配的底模和上模，保证运动进给结构和压置台与安装位置的对应，而不需要更换其他部件，保证了技术方案的灵活性和通用性。
底模上在与待安装双面PCB上元器件位置对应的位置，还具有相应的凹槽，保证了双面PCB在压力安装过程中，其不需要安装散热器一面的元器件不会与底模接触，从而避免了该面元器件受到物理损坏，进一步提高了压力安装的可靠性。
由连接了压置台的运动进给结构在自动控制下实现压力安装，相比于人工安装能够进一步提高安装效率。
对于运动进给结构采用气缸结构的技术方案，还可以利用现有板级加工其他工序中所使用的高压气源来实现压力安装，不需要额外增加任何动力源或者设备，具有较高的兼容性，从而提高了压力安装的实用性。而且，气缸的成本非常低，这就同时降低了压力安装装置的成本，从而易于广泛应用，进一步提高了压力安装的实用性。气缸的伸缩是基于其内部的气压，因此，其伸缩过程中的进给位移精度较高，不存在例如电机等设备产生的回程误差等负面因素，进一步保证了压置台和散热器之间的压力精度，进而提高了压力安装的可靠性。
运动进给结构和压置台之间安装了压力传感器，能够实时反馈当前安装过程中的压力大小，从而实现对运动进给结构的闭环控制，提高了压力精度，降低了芯片和散热器产生物理损坏的可能性，从而消除了人工安装所带来的质量隐患，保证了压力安装的可靠性。
压置台包括发热部件，能够加快散热器和芯片之间胶体的固化速度，从而进一步提高了安装的效率；而且加热使得胶体与芯片和散热器粘合得更充分，从而提高了粘接强度；同时因为胶体固化速度加快还缩短了胶体的暴露时间，降低了其所受的环境影响，进一步保证了压力安装的可靠性。
采用根据芯片和散热器的形状尺寸预制成型的双面导热胶片，使得在安装过程中只需将双面导热胶片粘贴在芯片表面即可，不需再进行人工涂覆导热胶，提高了安装效率；双面导热胶片的厚度是均匀的，避免了人工涂覆导热胶的情况下，可能出现的涂覆不均匀，保证了散热器粘接的可靠性；双面导热胶片的固化过程只是其两面胶体的固化，相比于导热胶整体的固化，速度更快，且双面导热胶片不会出现类似于导热胶由于压力过大而溢出到芯片边缘的情况，避免了PCB上各芯片引脚不会由于溢出的导热胶而被氧化等不良因素，进一步提高了压力安装的可靠性。
图1为现有技术中在芯片上安装散热器的原理示意图。
图2为本发明实施例中压力安装装置的示例性结构图。
图3a和3b为本发明实施例中压力安装装置的结构示意图。
图4a～4c为本发明实施例中并行压力安装装置的结构示意图。
图5为本发明实施例中压力安装装置的控制电路的结构示意图。
图6为本发明实施例中压力安装方法的流程示意图。
具体实施例方式
为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举实施例，对本发明进一步详细说明。
本实施例中，在每个安装位置对应的位置，设置一个压力组件，在安装位置上放置至少两个上下叠放且需要粘接安装的待安装部件，并利用设置的压力组件分别对每个安装位置的待安装部件施加压力，实现对待安装部件的粘接压力安装。
其中，以在PCB上安装散热器为例，安装位置是根据PCB上需要安装散热器的芯片位置预先确定的。不同的PCB或需要安装散热器的不同芯片，对应着不同的散热器安装位置。
图2为本发明实施例中压力安装装置的示例性结构图。如图2所示，本实施例中的压力安装装置包括底模21、上模22、运动进给结构23和压置台25。
底模21具有一平面，作为待安装部件放置面，用于放置待安装部件。
上模22具有一平面作为运动进给结构安装面，用于安装运动进给结构23。
底模21的待安装部件放置面与上模22的运动进给结构安装面平行相对，且二者之间具有预先设定的距离。
底模21和上模22可通过现有任何方式固定，以保持上述平行状态和二者的间距。例如分别将底模21和上模22固定于一个支架上，使得二者保持上述平行状态和预设的间距。
运动进给结构23的一端固定在上模上，并使得该结构的运动自由度方向垂直于运动进给结构安装面；运动进给结构23的另一端朝向所述底模，且与压置台相连。
运动进给结构23在上模22运动进给结构安装面上。
压置台25在朝向底模21的方向上，具有压置接触面，用于与待安装部件进行压力接触。
运动进给结构23和压置台25可以采用各种安装方式，只要保证压置台25的压置接触面能够与待安装部件接触即可。较佳地，进给结构安装面与安装部件放置面平行，且运动仅给结构23安装在进给结构安装面上的位置与待安装部件的安装位置对应，这样可使得压置台25向待安装部件施加垂直于待安装部件放置面方向的压力，且压力施加在待安装部件的中心位置而不会偏移。
上述装置可以通过手动实现压力安装，例如，运动进给结构为一个蜗轮蜗杆结构，手动操作蜗轮，使得运动进给结构23的蜗杆产生位移，并带动压置台25向底模21方向运动。上述装置还可以通过控制电路实现自动压力安装，例如，运动进给结构23为一个气缸、液压缸或电机，通过控制电路输出控制信号，使得运动进给结构23带动压置台25向底模方向运动。
下面，对采用自动控制方式的压力安装装置进行说明。
图3a和3b为本发明实施例中压力安装装置的结构示意图。如图3a和3b所示，以在PCB上安装散热器为例，本实施例中的压力安装装置包括底模31、上模32、具有气阀330的气缸33、压力传感器34、压置台35。
底模31的上表面为一平面，作为待安装部件放置面，用于放置PCB 11。
其中，PCB 11不需要安装散热器14的一面与待安装部件放置面接触，在需要安装散热器14的芯片12上表面粘贴双面导热胶片15，并将散热器14放置于粘贴在芯片12的双面导热胶片15的另一面，双面导热胶片15是根据芯片12和散热器14的形状尺寸，预制成型的双面导热胶带(double-sided thermal adhesive tape)，与芯片12和散热器14的形状尺寸相同或相近。在实际安装过程中，也可在需要安装散热器14的芯片12上表面涂覆导热胶13，并将散热器14放置于涂覆了导热胶13的芯片12表面，即将散热器14放置于散热器安装位置上。相比于涂覆导热胶，使用双面导热胶片具有以下特点双面导热胶片是根据芯片和散热器的形状尺寸预制成型的，因而在安装时只需将双面导热胶片粘贴在芯片表面即可，不需再进行人工涂覆导热胶，提高了安装效率；双面导热胶片的厚度是均匀的，避免了人工涂覆导热胶的情况下，可能出现的涂覆不均匀，保证了散热器粘接的可靠性；双面导热胶片的固化过程只是其两面胶体的固化，相比于导热胶整体的固化，速度更快，且双面导热胶片不会出现类似于导热胶由于压力过大而溢出到芯片边缘的情况，保证了PCB上各芯片引脚不会由于溢出的导热胶而被氧化等不良因素，进一步提高了压力安装的可靠性。
考虑到PCB 11的两面可能均有电子元器件，因此，在底模31的待安装部件放置面上，与PCB 11不需要安装散热器14一面上的电子元器件对应的位置，可设凹槽。凹槽的深度大于等于对应位置的电子元器件的凸起高度或者插件结构的电子元器件引脚长度。这样，可以保证电子元器件不与底模3 1发生接触，避免PCB 11不需要安装散热器14一面的电子元器件受到物理损坏。对于不同的PCB，可以选择不同的底模。
上模32的下表面为一平面，作为压力组件安装面，用于在与散热器安装位置对应的位置上安装气缸33。气缸33可以采用多种连接方式安装在上模32上。例如，螺栓连接等方式。此时，上模32在压力组件安装面上与散热器安装位置对应的位置，可设置相应的安装结构，例如相应数量的螺栓孔。对于不同的PCB或需要在不同芯片安装散热器的PCB，可以选择不同的上模。
可见，不同的PCB或需要在不同芯片安装散热器的PCB，分别对应一套上模32和底模31。
上模32的压力组件安装面与底模31的待安装部件放置面平行相对；上模32固定于底模31的上方，且其压力组件安装面与底模31用于放置PCB的平面之间具有预设的距离。
上模32的压力组件安装面与底模31的待安装部件放置面之间的距离，必须大于气缸33的初始长度+需要安装的散热器14的高度+PCB 11厚度+需要安装散热器的芯片12厚度，即必须留有气缸33伸缩的空间余量。实际应用中，由于实现不同用途或具有不同性能的PCB，具有不同的布局特点，且不同功耗的芯片在工作状态下产生的热量也不同，因此，需要根据实际情况选择不同大小、不同高度、不同散热性能的散热器。相应地要针对不同情况，留有不同大小的空间余量。
底模31和上模32可通过现有任何方式固定，以保持上述平行状态和二者的间距。例如分别将底模31和上模32固定于一个支架上，使得二者保持上述平行状态和预设的间距，或将上模32悬挂于底模31上方等方式。
本实施例中，可根据放置在底模31的待安装部件放置面上的PCB 11中，需要安装散热器14的芯片12的位置，预先确定散热器安装位置。
实际应用中，底模31的待安装部件放置面上还可设置一定位结构，用于对PCB 11定位。例如，与PCB 11外形相同且尺寸略大于PCB 11的凹槽，或用于在平行于待安装部件放置面方向上限位的至少两个凸台，凸台的位置和间隔分别对应于PCB 11的外形和尺寸。这样，可保证每次安装时，PCB 11的放置位置均相同，使得每次安装散热器14的PCB 11上，需要安装散热器14的芯片12均能够与上模32上固定的气缸33准确定位，即每次安装时均保证散热器安装位置与气缸33的准确定位。
气缸33的轴线垂直于上模32，其一端固定在上模32的压力组件安装面上，且气缸33在压力组件安装面上的固定位置与散热器14安装位置相对应。气缸33的另一端朝向底模31，且与压力传感器34相连。
气缸33的气阀330与控制电路300和外部高压气源301相连。
压力传感器34在朝向底模31的方向上，连接一个压置台35。散热器14的安装过程需要以很高的压力精度来确定产生的压力最大值，即预先设定压力阈值，以保证散热器14和芯片12不会受到物理损坏。因此，需要压力传感器34实时测量并向控制电路300反馈安装散热器14的过程中所产生的压力大小。而且，相对于元件级安装加工，元器件的物理损坏对于板级安装加工来说，会造成更大的经济损失，影响更为严重，压力精度更是需要严格保证。对于不同的散热器、不同大小和封装的芯片所能承受的压力不同，设置的压力阈值也不同。高压气源301向气缸33内部输入的气体使得气缸33产生轴向压力，轴向压力的大小与气缸33的缸径大小有关，因此，在参考上述因素设置压力阈值时，还可以同时考虑气缸33的缸径大小对产生的压力大小的影响。
压置台35在面向底模31的方向上，具有一个平面，作为压置接触面，用于与需要安装的散热器14进行压力接触，该面与底模31的待安装部件放置面平行。
其中，压置台35还可以包括发热部件，发热部件与加热源302相连，加热源302能够在控制电路300的控制下，使得发热部件发热。例如在其内部或外部任何位置设置能够导电发热的电阻结构，加热源302为导电开关，控制电路300控制作为加热源302的导电开关闭合后，能够导电发热的电阻结构即可产生热量，同时传导至压置台35。
这样，使得在压置台35与散热器14接触后，通过加热来加快双面导热胶片15或导热胶13的固化速度，通常的加热温度达到80～100℃的范围内即可。这样，双面导热胶片15或导热胶13受到压力后发生一定程度的扩展，增大了与散热器14和芯片12的接触面积，同时在加热状态下还加快了固化速度，从而增强了粘接强度和安装效率；而且，提高了导热胶固化速度，还缩短了导热胶的暴露时间，降低了其所受的环境污染，从而提高了胶体的粘接强度与可靠性。
实际应用中，压置台35也可以不包括发热部件，而是在安装过程之前，先将待安装的散热器预热，例如，放到烘烤箱里或者特制的加热箱中加热到一定温度，这样同样可以提高双面导热胶片或导热胶的固化速度。
上述气缸33、压力传感器34和压置台35即构成了压力组件，气缸33作为压力组件中的运动进给结构。气缸33垂直于压力组件安装面，即保证了压力组件的运动自由度方向与压力组件安装面垂直。
上述压力组件的工作原理如下如图3a所示，气缸33处于初始长度使得与其相连的压置台35处于初始位置，压置台35的压置接触面与散热器14之间具有一定距离。
当气缸33在外部控制下，打开气阀330并接收来自外部高压气源301的气体，从而气缸33由于内部的气压增大而伸长，带动压力传感器34和压置台35在气缸33的轴向方向上向着底模31移动，使得压置台35的压置接触面能够与散热器安装位置上的散热器14接触。
在压置台35与散热器14接触后，由压置台35向散热器14施加压力，散热器14受到压力与粘贴了双面导热胶片15或涂覆了导热胶13的芯片12发生压力接触。如果压置台35包括发热部件，则通过散热器14将热量传递到双面导热胶片或导热胶13。压力传感器34能够测量出压置台35与散热器14之间当前压力的大小，并向控制电路300反馈。如果压力传感器34测量的当前压力的大小达到预设的压力阈值时，控制电路可控制气缸33关闭气阀330并关闭外部高压气源301，即保持当前与压力阈值相等的压力不变，如图3b所示。
在保持与压力阈值相等的压力一段时间之后，即保持如图3b所示的状态一段时间后，气缸33的气阀在控制电路300的控制下打开，使得气缸33释放其内部的气体，并由于其内部的气压减小且小于外部气压而收缩，并带动压力传感器34和压置台35在气缸33轴向方向上向上模32移动，即远离底模31，直至气缸33带动压置台35恢复到初始位置，使得压置台35的压置接触面不与散热器14发生接触，即恢复到如图3a所示的状态。
本实施例中采用气缸作为运动进给结构具有如下优点首先，现有PCB的板级安装加工的多道工序中，均需要高压气源。例如，基于高压气源的喷气装置，用于PCB的除尘等。这样，应用本实施例的技术方案不需要额外增加任何动力源或者设备，只需将气缸与已有的高压气源相连即可，具有较高的兼容性，从而提高了本实施例技术方案的实用性。
其次，气缸的成本非常低，这就同时降低了压力安装装置的成本，从而易于广泛应用，提高了本实施例技术方案的实用性。
第三，气缸的伸缩是基于其内部的气压，因此，其伸缩过程中的进给位移精度较高，不存在例如电机等设备产生的回程误差等负面因素。由于压置台和散热器之间的压力是通过气缸的进给位移产生的，因而具有较高进给位移精度的气缸进一步保证了压力的精度，进而提高了安装的可靠性。
上述如图3a和3b所示的压力安装装置，是针对安装过程中只包括一个散热器安装位置为例的情况。而实际应用中，可能需要同时在多个安装位置进行压力安装，例如在一个PCB上，同时安装多于一个散热器。针对这种情况，本实施例还提供了一种能够并行安装多个散热器的压力安装装置。
上述装置中，压力组件中的运动进给结构还可以采用其他部件，例如各种电机和机械传动结构的组合，通过控制电机内部转子的正反转，即可实现电机通过机械传动结构带动压置台35的上下运动。
图4a～4c为本发明实施例中并行压力安装装置的结构示意图。如图4a～4c所示，以在PCB上并行安装2个散热器为例，本实施例中的并行压力安装装置包括底模41、上模42、气缸431、气缸432、压力传感器441、压力传感器442、压置台451和压置台452。如图4a～4c所示的压力安装装置中也包括一个控制电路，该控制电路可以与如图3a和3b中所示的控制电路相同，且各部件与控制电路、外部高压气源、加热源的连接方式也可以与如图3a和3b中所示的相同。为了简化附图，控制电路、外部高压气源、加热源在图4a～4c中未示出。
底模41的上表面为一平面，作为待安装部件放置面，用于放置PCB 30。
其中，PCB 30不需要安装散热器141和散热器142的一面与底模41的待安装部件放置面接触。在需要分别安装散热器141和散热器142的芯片121和芯片122的上表面分别粘贴双面导热胶片151和双面导热胶片152，并将散热器141和散热器142分别放置于双面导热胶片151和双面导热胶片152的另一面，即将散热器141和散热器142分别放置于第一散热器安装位置和第二散热器安装位置上，双面导热胶片151和双面导热胶片152为预制成型的，分别与芯片121和散热器141、芯片122和散热器142的形状尺寸相同或相近。在实际安装过程中，也可在需要安装散热器14的芯片12上表面涂覆导热胶13，并将散热器141和散热器142分别放置于涂覆了导热胶13的芯片121和芯片122表面。
考虑到PCB 30的两面可能均有电子元器件，因此，在底模41的待安装部件放置面上，与PCB 30不需要安装散热器141和散热器142一面上的电子元器件对应的位置，可设对应数量的凹槽。凹槽的深度大于等于对应位置的电子元器件的凸起高度或者插件结构的电子元器件引脚长度。这样，可以保证电子元器件不与底模41发生接触，避免PCB 30不需要安装散热器141和散热器142一面的电子元器件受到物理损坏。对于不同的PCB，可以选择不同的底模。
上模42的下表面为一平面，作为压力组件安装面，用于在与第一散热器安装位置和第二散热器安装位置对应的位置上分别安装气缸431和气缸432。气缸431和气缸432可以采用多种连接方式安装在上模42上。例如，螺栓连接等方式。此时，上模42分别在压力组件安装面上与第一散热器安装位置和第二散热器安装位置对应的位置，可设置相应的安装结构，例如相应数量的螺栓孔。对于不同的PCB或需要在不同芯片安装散热器的PCB，可以选择不同的上模。
可见，不同的PCB或需要在不同芯片安装散热器的PCB，分别对应一套相互匹配的上模42和底模41。
上模42的压力组件安装面与底模41的待安装部件放置面平行相对；上模42固定于底模41的上方，且其压力组件安装面与底模41用于放置PCB的平面之间具有预设的距离。
如果散热器141和散热器142的高度不同，则气缸431和气缸432的初始长度也不同。以气缸431的初始长度相比于气缸432相对较长为例，则上模42的压力组件安装面与底模41的待安装部件放置面之间的距离，必须大于气缸431的初始长度+需要安装的散热器141的高度+PCB 30厚度+需要安装散热器的芯片121厚度，即必须留有气缸431和气缸432伸缩的空间余量。实际应用中，由于实现不同用途或具有不同性能的PCB，具有不同的布局特点，且不同功耗的芯片在工作状态下产生的热量也不同，因此，需要根据实际情况选择不同大小、不同高度、不同散热性能的散热器。相应地要针对不同情况，留有不同大小的空间余量。
底模41和上模42可通过现有任何方式固定，以保持上述平行状态和二者的间距。例如分别将底模41和上模42固定于一个支架上，使得二者保持上述平行状态和预设的间距，或将上模42悬挂于底模41上方等方式。
本实施例中，可分别根据放置在底模41的待安装部件放置面上的PCB30中，分别需要安装散热器141和散热器142的芯片121和芯片122的位置，预先确定第一散热器安装位置和第二散热器安装位置。
实际应用中，底模41的待安装部件放置面上还可设置一定位结构，用于对PCB 30定位。例如，与PCB 30外形相同且尺寸略大于PCB 30的凹槽，或用于在平行于待安装部件放置面方向上限位的至少两个凸台，凸台的位置和间隔分别对应于PCB 30的外形和尺寸。这样，可保证每次安装时，PCB 30的放置位置均相同，使得每次安装散热器141和散热器142的PCB 30上，分别需要安装散热器141和散热器142的芯片121和芯片122，均能够分别与上模42上固定的气缸431和气缸432准确定位，即每次安装时均保证第一散热器安装位置和第二散热器安装位置分别与气缸431和气缸432的准确定位。
气缸431和气缸432的轴线均垂直于上模42，气缸431和气缸432的一端分别固定在上模42的压力组件安装面上，且气缸431和气缸432在压力组件安装面上的固定位置分别与第一散热器安装位置和第二散热器安装位置相对应。图4c中包括图4a的A-A向视图和B-B向视图。如图4c所示，以上模42的压力组件安装面和底模41的待安装部件放置面大小相同为例，气缸431和散热器141在x方向上的位置相同，且在y方向上分别相对于压力组件安装面和待安装部件放置面同侧一边的距离均为a；气缸432和散热器142在x方向上的位置相同，且在y方向上分别相对于压力组件安装面和待安装部件放置面同侧一边的距离均为b。气缸431和散热器141所处位置，即对应第一散热器安装位置；气缸432和散热器142所处位置，即对应第二散热器安装位置。
气缸431和气缸432的气阀也可与控制电路和外部高压气源相连。
对于不同的上模42和底模41，固定气缸的位置和安装散热器的位置都是对应的，即上模42和底模41满足如前所述的相互匹配。
气缸431的另一端朝向底模41，且与压力传感器441相连。气缸432的另一端朝向底模41，且与压力传感器442相连。
压力传感器441和压力传感器441在朝向底模41的方向上，分别连接压置台451和压置台452。散热器141和散热器142的安装过程需要以很高的压力精度来分别确定产生的两个压力最大值，即预先设定压力阈值1和压力阈值2，以保证散热器141、散热器142、芯片121和芯片122不会受到物理损坏。因此，需要压力传感器441和压力传感器442分别实时测量并反馈安装散热器141和散热器142的过程中所产生的压力1和压力2的大小。而且，相对于元件级安装加工，元器件的物理损坏对于板级安装加工来说，会造成更大的经济损失，影响更为严重，压力精度更是需要严格保证。对于不同的散热器、不同大小和封装的芯片所能承受的压力不同，设置的压力阈值1和压力阈值2也不同。与如图3a和3b所示的压力安装装置同理，设置压力阈值1和压力阈值2的大小也可以分别同时考虑气缸431和气缸432的缸径大小对产生的压力大小的影响。
压置台451和压置台452在面向底模41的方向上，分别具有一个平面，作为压置接触面，分别用于与需要安装的散热器141和散热器142进行压力接触，该面与底模41的待安装部件放置面平行。
其中，压置台451和压置台452均可以包括发热部件，例如在内部或外部任何位置设置能够导电发热的电阻结构，使得在分别与散热器141和散热器142接触后，通过加热来加快双面导热胶片151和双面导热胶片152或导热胶1 3的固化速度，通常的加热温度达到80～100℃的范围内即可。压置台451和压置台452中发热部件的发热原理和连接方式可以与如图3a和3b中的压置台35的发热部件相同。
这样，双面导热胶片151和双面导热胶片152或导热胶13受到压力后与散热器141和芯片121、散热器142和芯片122粘合，同时在加热状态下还加快了固化速度并提高了粘接强度，从而提升了安装效率和可靠性；而且，提高了导热胶固化速度，还缩短了导热胶的暴露时间，降低了其所受的环境污染，进一步提高了胶体粘接的可靠性。实际应用中，压置台451和/或压置台452也可以不包括发热部件，而是在安装过程之前，先将待安装的散热器预热，例如，放到烘烤箱里或者特制的加热箱中加热到一定温度，这样同样可以提高双面导热胶片或导热胶的固化速度。
上述气缸431、压力传感器441和压置台451即构成了压力组件1；上述气缸432、压力传感器442和压置台452即构成了压力组件2，气缸431和气缸432分别作为压力组件1和压力组件2中的运动进给结构。气缸431和气缸432垂直于压力组件安装面，即保证了压力组件1和压力组件2的运动自由度方向均与压力组件安装面垂直。
压力组件1和压力组件2可以与如图2a和2b所示的压力组件的工作原理相同。压力组件1和/或压力组件2中的运动进给结构也可以采用其他部件，但同理，较佳地采用气缸作为其中一个部件。
在如图3a和3b以及如图4a～4c所示的压力安装装置中，可以采用任何结构的控制电路来控制其执行压力安装操作。
图5为本发明实施例中压力安装装置的控制电路的结构示意图。如图5所示，本实施例中的控制电路可以包括主控单元、压力判断单元、气缸控制单元、气源控制单元和计时单元。
主控单元，在接收到外部输入的表示开始进行压力安装的信号时，向气缸控制单元输出表示打开气阀的信号，向气源控制单元输出表示启动的信号，即表示压力组件带动其压置台向靠近散热器的方向运动；接收压力判断单元输出的表示当前压力值已大于0的信号，并在接收到该信号后，向计时单元输出表示开始计时的信号；接收压力判断单元输出的表示当前压力值已达到压力阈值的信号，并在接收到该信号后，向气缸控制单元输出表示关闭气阀的控制信号、向气源控制单元输出表示关闭的信号，即表示压置台对散热器保持恒定压力不变；接收来自计时单元输出的表示安装周期结束的信号，并在接收到该信号后，向气缸控制单元输出打开气阀的信号，即表示压力组件带动其压置台向远离散热器的方向运动。
压力判断单元，接收压力传感器反馈的压力值，在接收到的压力值大于0时，即压置台与散热器已发生接触并产生了压力时，向主控单元输出表示当前压力值已大于0的信号；在接收到的压力值等于内部存储的预设压力阈值时，向主控单元输出表示当前压力值已达到压力阈值的信号。
气缸控制单元，接收主控单元输出的表示打开气阀的信号，并控制外部气缸的气阀切换为打开状态；接收主控单元输出的表示关闭气阀的信号，并控制外部气缸的气阀切换为关闭状态。
气源控制单元，接收主控单元输出的表示启动的信号，并控制外部高压气源启动；接收主控单元输出的表示关闭的信号，并控制外部高压气源关闭。
计时单元，接收主控单元输出的表示开始计时的信号，并根据内部设置的单位计时间隔，例如秒、毫秒等，进行计时累加；在计时累加结果达到预先设置的时间阈值时，向主控单元输出表示安装周期结束的信号，并进行内部清零。
如果压力安装装置的压置台还包括发热部件，并与一个加热源相连，本实施例的控制电路中还包括一个加热控制单元。
这种情况下，主控单元可以在接收到外部输入的表示开始进行压力安装的信号时、或接收到压力判断单元输出的表示当前压力值已大于0的信号时，向加热控制单元输出表示开始加热的信号；在接收到计时单元输出的表示安装周期结束的信号、或接收到外部输入的表示停止安装的信号时，向加热控制单元输出表示停止加热的信号。
加热控制单元，接收主控单元输出的表示开始加热的信号，并启动加热源；接收主控单元输出的表示停止加热的信号，并关闭加热源。
实际应用中，气缸控制单元、气源控制单元和加热控制单元可以分别为与气缸的气阀、高压气源的电源和加热源的电源相连的电控开关。
本实施例中的控制电路可以通过一个或多个功能芯片来实现，也可以包括其他功能单元。如果上述控制电路所控制的压力安装装置包括多个压力组件，则每一个压力组件的相应部件对应着相应的片选信号，压力判断单元中存储着相应的多个压力阈值。
如果如图3a和3b以及如图4a～4c所示的压力安装装置中，如果不包括控制电路，也可手动操作。例如手动打开气阀，即可使得气缸放气收缩；通过现有任何一种手动充气装置通过气阀向气缸内部充气，即可使得气缸充气伸长。
这种情况下，压力传感器反馈的压力值可以通过显示设备显示给执行手动控制压力安装的装配工人，装配工人即可根据显示的数据判断出当前压力大小，决定是否继续对气缸充气。上述装置中也可以不包括压力传感器，完全由装配工人凭借经验判断压力大小。
同理，压置台中的发热部件也可以采用类似的方式手动控制。
以上是对本实施例中压力安装装置的详细说明。下面对本实施例中的压力安装方法进行详细说明。
图6为本发明实施例中压力安装方法的流程示意图。如图6所示，以在PCB上安装散热器为例，本实施例中的压力安装方法包括以下步骤
步骤601，设置一用于放置PCB的底模，并在PCB需要安装散热器的位置的上方，设置对应的包括气缸、压力传感器和压置台的压力组件。
本步骤中，如果需要同时安装多个散热器，则设置的压力组件个数与散热器个数相同，且分别对应于每个散热器的安装位置。考虑到PCB的两面可能均有电子元器件，因此，用于放置PCB的底模上，与PCB不需要安装散热器一面上的电子元器件对应的位置，可设对应数量的凹槽。凹槽的深度大于等于对应位置的电子元器件的凸起高度。这样，可以保证电子元器件不与该底模发生接触，避免PCB该面的电子元器件受到物理损坏。对于不同的PCB，可以设置不同的底模。
步骤602，将PCB放置在底模的对应位置，该PCB需要安装散热器的芯片上通过胶体粘接了待安装的散热器。
本步骤中，粘接散热器和芯片的胶体可以为根据散热器和芯片的形状和尺寸预制成型的双面导热胶片，或者为涂覆在芯片上的导热胶。较佳地，采用预制成型的双面导热胶片。
步骤603，控制气缸带动压力传感器和压置台向靠近散热器的方向运动，压力传感器实时反馈压置台与散热器之间的压力值。
本步骤中，可控制气缸打开气阀，并启动与气缸相连的高压气源，从而使得气缸充气，气缸由于内部气压增大而伸长，带动压力传感器和压置台发生靠近散热器方向的位移运动。
本步骤的同时、或压置台与散热器接触之后，可以启动压置台的加热功能。例如，如果压置台可通过其内部的发热电阻结构发出热量，则启动其加热功能的过程即为接通该发热电阻所在电路的电源。
如果不通过压置台进行加热，也可以在步骤602之前，对散热器进行预热处理，例如通过烤箱或其他加热箱进行加热等方式。
步骤604，判断压力传感器反馈的压力值是否达到预先设定的压力阈值，如果是，则执行步骤605，否则，返回步骤603。
步骤605，关闭进气阀，保持恒定气压，即控制气缸停止带动压置台的运动，在预设的时间间隔之内，保持压置台当前的位置不变。
本步骤中，当关闭了气阀之后，开始计时。
步骤606，当保持压置台当前位置不变的时间达到了预设的时间间隔之后，控制气阀开启，气缸内部气压降低且小于外部气压时收缩，压置台随气缸上升，即控制气缸带动压力传感器和压置台向远离散热器的方向运动。
步骤607，从底模上取下已安装了散热器的PCB。
至此，本流程结束。如需要继续在其他相同的PCB在相同的位置上安装散热器，则可从步骤601开始循环执行上述流程。如需要在其他不同的PCB或相同PCB的不同位置安装散热器，则可在上述流程的步骤601重新设置底模和压力组件的位置。
由上述压力安装装置和压力安装方法可见，本实施例的技术方案由压力组件在自动控制下实现压力安装，在散热器安装过程中不需要人工参与，降低了芯片和散热器产生物理损坏的可能性，从而消除了人工安装所带来的质量隐患；压力组件中包括压力传感器，能够实时反馈当前安装过程中的压力大小，从而实现对压力组件的闭环控制，提高了压力精度，保证了压力安装的可靠性；而且，对于大批量的安装生产，相比于人工安装能够提高安装效率；不需要人工安装所使用的大量压块，节省了安装空间和安装成本；压力的大小取决于压力组件产生的压力大小，而不是压块的大小，从而不会出现由于芯片间的空间有限无法放置大重量压块而导致无法安装的情况，提高了安装的实用性和通用性。
对应于不同的PCB或在不同位置安装散热器的PCB，可分别设置相应的相互匹配的底模和上模，保证压力组件与散热器安装位置的对应，而不需要更换其他部件，保证了技术方案的灵活性和通用性。
底模上在与待安装的双面PCB上元器件位置对应的位置，还具有相应的凹槽，保证了双面PCB在压力安装过程中，其不需要安装散热器一面的元器件不会与底模接触，从而避免了该面元器件受到物理损坏，进一步提高了压力安装的可靠性。
可以采用根据芯片和散热器的形状尺寸预制成型的双面导热胶片替代导热胶，使得在安装过程中只需将双面导热胶片粘贴在芯片表面即可，不需再进行人工涂覆，提高了安装效率；双面导热胶片的厚度是均匀的，避免了人工涂覆导热胶的情况下，可能出现的涂覆不均匀，保证了散热器粘接的可靠性；双面导热胶片的固化过程只是其两面胶体的固化，相比于导热胶整体的固化，速度更快，且双面导热胶片不会出现类似于导热胶由于压力过大而溢出到芯片边缘的情况，避免了PCB上各芯片引脚不会由于溢出的导热胶而被氧化等不良因素，进一步提高了压力安装的可靠性。
对于压力组件中采用气缸结构的技术方案，还可以利用现有板级加工其他工序中所使用的高压气源来实现压力安装，不需要额外增加任何动力源或者设备，具有较高的兼容性，从而提高了本实施例技术方案的实用性。而且，气缸的成本非常低，这就同时降低了压力安装装置的成本，从而易于广泛应用，提高了本实施例技术方案的实用性。气缸的伸缩是基于其内部的气压，因此，其伸缩过程中的进给位移精度较高，不存在例如电机等设备产生的回程误差等负面因素，进一步保证了压置台和散热器之间的压力精度，进而提高了压力安装的可靠性。
压力组件中的压置台包括发热部件，能够加快双面导热胶片或导热胶的固化速度，从而进一步提高了安装的效率；而且，提高了双面导热胶片或导热胶固化速度，还缩短了导热胶的暴露时间，降低了其所受的环境影响，从而确保了胶体的粘接强度与可靠性。
同时，本实施例的技术方案也可以应用于电子产品生产过程中的其他压力安装，例如元器件级的压力安装、或其它板级安装等，还可以应用于其它领域中的压力安装，例如三合板的压力安装等，具有较高的通用性。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换以及改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种压力安装装置，包括底模，所述底模具有待安装部件放置面；其特征在于，该装置进一步包括上模、运动进给结构和压置台，其中，所述上模具有运动进给结构安装面，用于安装运动进给结构；所述底模的待安装部件放置面与所述上模的运动进给结构安装面相对，且二者之间具有预先设定的距离；所述运动进给结构的一端固定在上模上，所述运动进给结构的运动自由度方向垂直于所述底模待安装部件放置面；所述运动进给结构的另一端朝向所述底模，且与所述压置台相连；所述压置台在朝向所述底模的方向上，具有平行于所述待安装部件放置面的平面，作为压置接触面，用于与待安装部件进行压力接触。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述压置台进一步包括发热部件，所述发热部件用于发热，并将热量传导至所述压置台。
3.如权利要求2所述的装置，其特征在于，该装置进一步包括压力传感器和控制电路，其中，所述压力传感器用于测量所述压置台产生的压力大小并反馈给所述控制电路，所述运动进给结构和所述压置台通过所述压力传感器相连；所述控制电路，用于根据所述压力传感器反馈的压力大小，控制所述运动进给结构运动。
4.如权利要求3所述的装置，其特征在于，所述控制电路包括主控单元、压力判断单元和计时单元，其中，所述主控单元，接收外部输入的表示开始进行压力安装的信号，控制所述运动进给结构启动；接收压力判断单元输出的表示当前压力值已大于0的信号，向计时单元输出表示开始计时的信号；接收压力判断单元输出的表示当前压力值已达到压力阈值的信号，控制所述运动进给结构停止；接收来自计时单元输出的表示安装周期结束的信号，控制所述运动进给结构返回初始状态；控制所述压置台的发热部件保持预设的加热温度；所述压力判断单元，接收所述压力传感器反馈的压力值，在接收到的压力值大于0时，向主控单元输出表示当前压力值已大于0的信号；在接收到的压力值等于内部存储的预设压力阈值时，向主控单元输出表示当前压力值已达到压力阈值的信号；所述计时单元，接收主控单元输出的表示开始计时的信号，并根据内部设置的单位计时间隔进行计时累加；在所述计时累加结果达到预先设置的时间阈值时，向主控单元输出表示安装周期结束的信号，并进行内部清零。
5.如权利要求1至4中任意一项所述的装置，其特征在于，所述运动进给结构为具有气阀的气缸。
6.如权利要求5所述的装置，其特征在于，该装置进一步包括高压气源，与所述气缸的气阀相连。
7.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述待安装部件包括印刷电路板PCB和散热器；所述PCB的一面包括至少一个待安装散热器的芯片；每个芯片通过双面导热胶片或导热胶粘接着一个待安装的散热器。
8.如权利要求7所述的装置，其特征在于，所述双面导热胶片具有与散热器和芯片对应的形状和尺寸。
9.如权利要求7所述的装置，其特征在于，所述待安装散热器的PCB为双面板，则所述底模的待安装部件放置面上，与PCB不需要安装散热器一面上的电子元器件对应的位置，包括对应数量和形状尺寸的凹槽；所述凹槽的深度，大于等于与该凹槽对应的电子元器件的凸起高度或者插件结构的电子元器件引脚长度。
10.如权利要求7所述的装置，其特征在于，所述底模的待安装部件放置面上具有定位结构，用于对放置的PCB定位。
11.如权利要求10所述的装置，其特征在于，所述定位结构为与所述PCB外形相同且尺寸略大于所述PCB的凹槽，或者为用于在平行于所述待安装部件放置面方向上限位的至少两个凸台，所述凸台的位置和间隔分别对应于所述PCB的外形和尺寸。
12.如权利要求3所述的装置，其特征在于，所述运动进给结构、压置台、压力传感器的数量分别与所述PCB上需要安装散热器的芯片数量相等。
13.一种压力安装方法，其特征在于，包括以下步骤设置一用于放置待安装部件的底模，并在预设压力安装的安装位置上方，设置进给运动结构和压置台；将待安装部件放置在底模的对应位置；控制进给运动结构带动压置台向靠近待安装部件的方向运动，直至与待安装部件接触并向所述待安装部件施加压力。
14.如权利要求13所述的方法，其特征在于，进一步在所述进给运动结构和所述压置台之间，设置压力传感器；在控制进给运动结构带动压置台向靠近待安装部件的方向运动的同时，进一步包括压力传感器实时反馈压置台与待安装部件之间的压力值；判断压力传感器反馈的压力值是否达到预先设定的压力阈值，如果是，则控制所述进给运动结构停止，否则，继续执行所述控制进给运动结构带动压置台向靠近待安装部件的方向运动。
15.如权利要求14所述的方法，其特征在于，所述待安装部件包括印刷电路板PCB和散热器；所述将待安装部件放置在底模的对应位置之前，进一步包括在所述PCB中需要安装散热器的芯片上粘接胶体，将所述散热器粘接在所述胶体上。
16.如权利要求15所述的方法，其特征在于，所述将待安装部件放置在底模的对应位置之前，进一步包括在所述底模用于放置待安装部件的一面，与PCB不需要安装散热器一面上的电子元器件对应的位置，设置对应数量和形状尺寸的凹槽，且凹槽的深度大于等于对应位置的电子元器件的凸起高度。
17.如权利要求13至16中任意一项所述的方法，其特征在于，所述保持压置台当前的位置不变的同时，进一步包括控制包括发热部件的压置台发热，将热量传导至待安装部件。
18.如权利要求13至16中任意一项所述的方法，其特征在于，所述将待安装部件放置在底模的对应位置之前，进一步包括对待安装的散热器进行预热处理。
全文摘要
本发明公开了一种压力安装装置和一种压力安装方法。本发明不需要人工参与，提高了安装效率；降低了芯片和散热器产生物理损坏的可能性；由运动进给结构在自动控制下带动压置台实现压力安装，进一步提高了安装效率；运动进给结构和压置台之间安装了压力传感器，能够实时反馈当前安装过程中的压力大小，从而实现对运动进给结构的闭环控制，提高了压力精度，保证了压力安装的可靠性；不需要人工安装所使用的大量压块，节省了安装空间和安装成本；压力的大小取决于运动进给结构带动压置台的位移，而不是压块的大小，从而不会出现由于芯片间的空间有限无法放置大重量压块而导致无法安装的情况，提高了压力安装的实用性和通用性。
文档编号H05K13/00GK101026953SQ200710089539
公开日2007年8月29日 申请日期2007年3月29日 优先权日2007年3月29日
发明者彭维萍, 孙小华 申请人:杭州华为三康技术有限公司