CN100423220C - 电子元件压接装置 - Google Patents

Abstract

一种电子元件压接装置，避免了压接头主体的大型化，并可在从低负荷到高负荷的较大范围内提高元件压接时的负荷精度。在压接头(1)中具有：将被压接工具(活塞杆)(19)保持的元件在第一负荷范围进行压接的第一加压装置(空气气缸)(18)；使第一加压装置在同轴方向移动，对被压接工具(19)保持的元件在不同于第一负荷范围的第二负荷范围内进行加压的第二加压装置(音圈电机)(13)；在第一加压装置进行压接时，通过第二加压装置抵接第一加压装置，来限制第一加压装置与第二加压装置相对移动的第一限制装置(止挡部)(16)；在通过第二加压装置进行压接时，限制压接工具(19)对第一加压装置(18)作相对移动的第二限制装置(18A)。

Description

电子元件压接装置

技术领域

本发明涉及一种电子元件压接装置，特别是较好地适用于将电子元件自动安装于印刷布线基板、液晶基板或者显示板基板等的电子元件压接装置。

背景技术

作为现有的电子元件压接装置，在专利文献1中公开了如下所述的可以容易地变换压接负荷的方案。在专利文献1中，如图9所示在压接负荷为高负荷时，通过固定装置将固定销130插入与导孔129A配合对齐的卡入孔129B，在使压接工具123与压接台座(block)119相对固定的状态下，向压接台座119和压接工具123施加第一推压施加装置的推压力。另外，当压接负荷为低负荷时，在压接工具123与压接台座119不固定的状态下，向压接工具123施加第二推压施加装置的推压力。

在专利文献2中，公开了可由通过电-气调节器(regulator)供给的空气推压电子元件的多种气动型压接头(省略图示)。作为其他方法，还有通过弹簧产生推压力的弹簧内藏型压接头。通过可以对使用该负荷检测压接方式的多种刚体型压接头等选择地进行安装，可以对应较大的负荷范围。从而可以进行高效压接作业。

专利文献1：日本特开2002-43336号公报

专利文献2：日本特开2004-55705号公报

但是，专利文献1的电子元件压接装置，通过气缸将固定销130插入卡入孔129B，进行压接工具123与压接部件119的相对固定，而切换至高负荷状态。然而在该方法中固定压接工具123时定位精度要求较高，并且由于在推压时作用于固定销的剪切力，长期使用时会产生固定销130的损坏或卡入孔129B的磨损而必须更换。

另外，由于在压接头上具有使固定销130动作的机构，存在压接头大型化、控制复杂化的问题。另外，在低负荷范围不是通过负荷传感器120等进行直接的负荷检测，而是使用称为位移(移动距离)的二次参数的开环(open loop)控制，存在施加负荷精度较差的问题。

专利文献2的电子元件压接装置，通过更换压接头以对应不同的负荷范围。然而，因为必须将用于更换压接头的机构设置在压接头上，存在因压接头大型化，进而使可动部重量增加而导致负荷增大，或者因压接头更换工序而导致负荷增大的问题。此外，还存在不能对一个元件以不同范围的负荷加压的问题。

发明内容

本发明为了解决上述现有问题而提出，目的是提供一种电子元件压接装置，其避免了压接头主体的大型化，能够在从低负荷到高负荷的大范围内确保元件压接时的负荷精度。

为了解决上述课题，本发明具有：对被压接工具保持的电子元件，在第一负荷范围内进行压接的第一加压装置；第二加压装置，使所述第一压接装置在与第二加压装置同轴的方向移动，并且第二加压装置在不同于第一负荷范围的第二负荷范围内将被压接工具保持的元件压接于基板；并且，还具有：在通过所述第一加压装置进行压接时，抵接在第一加压装置上来限制第一加压装置与第二加压装置相对移动的第一限制装置；以及在通过所述第二加压装置进行压接时，限制压接工具与第一加压装置相对移动的第二限制装置。

本发明还设置有负荷检测装置，其分别检测通过所述第一加压装置和第二加压装置对被压接工具保持的元件进行压接时的负荷。

本发明还分别设有检测通过所述第一加压装置进行压接时的负荷的第一负荷检测装置；以及检测通过所述第二加压接置进行压接时的负荷的第二负荷检测装置。

根据本发明，不需要设置特别的装置，即可进行负荷范围的变换，因此避免了压接头主体的大型化，并且能够在从低负荷到高负荷的大范围内提高元件压接时的负荷精度。

附图说明

图1是表示使用第一实施方式的压接头的电子元件安装装置的要部模式立体图；

图2是表示第一实施方式的压接头的模式剖面图；

图3是详细表示第一实施方式的加压检测部和微小加压气缸的剖面图；

图4是表示低负荷加压时第一实施方式的压接头模式剖面图；

图5是表示高负荷加压时第一实施方式压接头模式剖面图；

图6是表示第二实施方式压接头的模式剖面图；

图7是表示低负荷加压时第二实施方式的压接头模式剖面图；

图8是表示高负荷加压时第二实施方式的压接头模式剖面图；

图9是表示现有压接头的概要剖面图。

符号说明

1压接头(电子元件压接装置)

2X轴导轨

3Y轴导轨

4元件识别装置

5电子元件供给装置

6压接头基座

7Z轴旋转电动机

8滚珠螺杆轴(ball screw shaft)

9滚珠螺杆螺母

10直线导向部

11θ旋转电动机

12连轴器

13、32音圈电机(voice coil motor)

14Z轴方向驱动部

15滚珠轴衬

16止挡部

17加压检测部

18微小加压气缸

19活塞杆(cylinder rod)

23负荷传感器

25花键轴

具体实施方式

下面，参照附图详细说明本发明的实施方式。

图1是使用本发明第一实施方式的电子元件压接装置的电子元件安装装置的要部立体图。

在图1中符号1表示具有对省略图示的元件进行吸附保持并加压(推压)的加压装置的压接头(电子元件压接装置)，该压接头1具有用于进行自身位置校正的、未图示的基板识别装置(摄像机)。此外，该压接头1，安装在电子元件安装装置沿X轴方向移动用的X轴导轨2上，并且和该X轴导轨2一起安装在沿Y轴方向移动用的Y轴导轨3上。

在该电子元件安装装置上，将用于识别被吸附的电子元件状态的具有CMOS摄像机(camera)或者CCD摄像机等的元件识别装置4固定在预定位置上。另外，在该安装装置的前面，设置有对安装于基板的电子元件进行供给用的电子元件供给装置5。

下面，根据图2对本实施方式的压接头1进行说明。

压接头1，具有由水平部和垂直部组成的压接头基座6，并通过该基座6连接固定在所述X轴导轨2上。另外，直线导向部10抵接在该压接头基座6的垂直部6A内侧，固定该直线导向部10的Z轴方向驱动部14形成为在垂直(Z轴)方向被引导、可移动的结构。

即，该Z轴方向驱动部14具有大致圆筒形的框体，该框体外周的图中右侧的上下两位置上固定有所述直线导向部10。另外，在该框体上部左侧固定有水平延长部14A。

在压接头1中，为了在垂直方向驱动Z轴方向驱动部14，在压接头基座6的水平部6B上固定有Z轴旋转电动机7。在该Z轴旋转电动机7上，通过未图示的连轴器连接有滚珠螺杆轴8，在该滚珠螺杆轴8上螺合有固定于Z轴方向驱动部14的水平延长部14A上的滚珠螺杆螺母9。于是，该Z轴方向驱动部14整体可通过Z轴旋转电动机7的旋转动作在垂直方向移动。

下面，对Z轴方向驱动部14进行详细说明。

在Z轴方向驱动部14的框体上部固定有θ旋转电动机11。该θ旋转电动机11通过连轴器12和花键轴(未图示)只能够传递旋转力地连接在音圈电机(第二加压装置)13的驱动部的轴13A上，并可与Z轴方向驱动部14一体地在Z轴方向自由地进行相对移动。

在音圈电机13的驱动部的轴下端连接固定有加压检测部17。加压检测部17相对Z轴方向驱动部14的框体内周通过滚珠轴衬(ball bushing)15支承为可自由地进行直线运动和转动，加压检测部17和音圈电机13的驱动部可在Z轴方向移动并通过θ旋转电动机11的旋转动作而成为可旋转的结构。

在加压检测部17的顶端(下端)同轴地连接固定有内置空气轴承(airbearing)的气动式微小加压气缸(第一加压装置)18。在该微小加压气缸上连接有三根气压软管，气压软管22和通过电-气调节器(第一负荷检测装置，未图示)连接在空气供给源上，气压软管21连接在空气轴承驱动用空气供给源上，而前者可通过电磁阀在大气压和正压间选择地进行切换。气压软管20连接在元件吸附用真空吸附源上，构成元件吸附部。另外，微小加压气缸18构成为通过空气轴承在其固定部和可动部之间传递旋转力。

在Z轴方向驱动部14的下端，直接连接有用于将微小加压气缸18上升限制在预定位置的止挡部(第一限制装置)16。

下面，参照图3对所述加压检测部17和微小加压气缸18的内部结构进行详细说明。

在加压检测部17内部向下固定有用于检测加压量(负荷)的负荷传感器(第二负荷检测装置)23。在负荷传感器23的检测部下侧略微加压地固定有兼用于防止负荷传感器23损坏的弹簧24。在弹簧24的与负荷传感器23相反的一侧固定有花键轴25。该花键轴25通过花键轴承26支承，仅能在垂直方向动作。在花键轴25的与弹簧24相反一侧的端部(下端)，固定有微小加压气缸18。

微小加压气缸18的活塞杆(piston rod)19被气体轴承27支承，可在滑动阻力大致为零的状态下进行垂直动作，从而将元件安装时的冲击负荷抑制得较低，并且由于滑动阻力较小所以也可以进行微小加压。

活塞杆(压接工具)19的顶端开设有元件吸附用吸附孔30，通过气压软管20连接在未图示的真空吸附源上。另外，在微小加压气缸18的上部安装有推力轴承(thrust bearing)31，在将微小加压气缸18抵接在所述止挡部16上的状态下，通过θ旋转电动机11可使其进行旋转的动作。

进一步参照图4、图5说明具有上述主要结构的本实施方式通过压接头1进行电子元件压接安装动作的过程。

在所述图1的电子元件安装装置中，使X轴导轨2、Y轴导轨3的驱动机构动作从而使压接头1移动至电子元件供给装置5的上方，对元件进行吸附后，使该压接头1移动到元件识别装置4的上方，通过识别装置4对被吸附的元件进行识别。

完成元件识别后，使压接头1沿X轴2、Y轴导轨3移动到未图示的基板上的电子元件预定安装部，在目标安装位置上进行压接安装。

下面对该元件压接安装动作，分别就作为第一负荷范围的低负荷加压，以及作为第二负荷范围的高负荷加压的情况进行详细说明。

(1)低负荷加压的情况(例如到0.1[N]～5[N]的程度)

如图4所示，驱动音圈电机13，使加压检测部17向Z轴上方移动，通过牵引微小加压气缸18，使其上端部抵接止挡部16以限制其移动，保持其位置。这样，通过用止挡部16限制微小加压气缸18向上的移动，驱动Z轴旋转电动机7旋转，使Z轴方向驱动部14下降到预定位置并将元件安装在基板上时，可以仅通过微小加压气缸(第一加压装置)18进行加压。

微小加压气缸18，即使是抵接在止挡部16上的状态，仍能够通过推力轴承31进行旋转动作。对于微小加压气缸18的活塞杆19顶端吸附的元件，利用借助气压软管22连接的电-气调节器对该气缸18的空气压力值进行反馈控制，从而可以进行高精度的微小加压。

(2)高负荷加压的情况(例如，到5[N]～50[N]的程度)

如图5所示，驱动音圈电机13，使加压检测部17从图4的状态下降到不与止挡部16接触的位置。在该状态下，通过对活塞杆19顶端吸附的元件加压，能够借助花键轴25以及与该花键轴25连接的弹簧24利用负荷传感器23检测加压量。通过负荷传感器23检测出的加压量，通过未图示的控制装置向音圈电机13输出驱动信号，控制音圈电机13的驱动位置以获得适当的加压量。此时，与微小加压气缸18的活塞杆19连接的活塞，通过气压软管22供给正压，如图示那样与微小加压气缸18内部上侧的行程末端(第二限制装置)18A抵接，其位置被固定，由此成为加压功能被停止的状态。

根据如上详述的本实施方式可获得以下效果。

通过大负荷用的音圈电机13是否使微小加压气缸18与止挡部16抵接，由此，能够利用一个压接头1从微小负荷到大负荷进行加压。其结果是，可以避免因压接头的大型化或更换压接头而导致负荷增加。

通常，使用能检测大负荷的负荷传感器来检测小负荷的精度较差，无法精确控制微小加压。另一方面，如果为了精确控制加压量而使用高精度负荷传感器，则由于额定负荷较小，而无法检测高负荷。在本实施方式中，由于分别具有低负荷用的和高负荷用的控制系统和加压驱动源，从而可以从低负荷到高负荷进行高精度的控制。

在本实施方式中，对于低加压驱动源通过将小型驱动器(微小加压气缸)设置在压接头顶端部，驱动部的质量较小即可，并可以将冲击负荷抑制成非常小。

同样地通过另外设置用于低负荷加压的小型第一加压装置，可将小型空气轴承用作于轴承等。因此，不需要将大型空气轴承等用于负荷驱动装置的轴承部来减小滑动阻力，可以使用低成本的转动轴承。因此，还具有可以降低压接头成本的优点。

另外，如上所述，通过使用作为高加压用驱动源的音圈电机13来进行低负荷和高负荷的切换，而不需要使用切换专用的驱动器，避免了压接头大型化的问题。

下面参照图6对本发明第二实施方式进行说明。

第二实施方式的压接头，除了在Z轴方向驱动部14内收容有音圈电机(第二加压装置)13外，与第一实施方式是一样的，因此采用相同的符号并省略说明。

在第二实施方式中，在音圈电机13正下方的Z轴方向驱动部14的下端位置上直接连接有止挡部16。并且，该止挡部16与构成微小加压机构29上部的第二音圈电机(第一加压装置)32的上端抵接，由此，限制其在Z轴方向进一步的移动。该微小加压机构29内收容有加压检测部17，该压检测部17通过花键28相对于该微小加压机构29的外周部内面，处于可在Z轴方向自由直线移动，而θ方向的旋转受到限制的状态。

本实施方式中，固定于Z轴方向驱动部14上部外侧的θ旋转电动机11，与第一实施方式同样地，可通过连轴器12和未图示的花键轴以及花键螺母向音圈电机13的轴13A传递旋转力，并且可以与该驱动部14一体地在Z轴方向自由移动。音圈电机13的轴13A的相反一侧的顶端(下端)，与所述微小加压机构29连接并进行固定。

对该微小加压机构29进行详细说明，在其内部固定有微小加压用的音圈电机32，在其下方，加压检测部17连接固定在作为第一加压装置的所述音圈电机32的轴上。该加压检测部17，如上所述，通过花键28支承在微小加压机构29内部。由加压检测部17和音圈电机32等组成的驱动部可在垂直方向移动，并通过θ旋转电动机11旋转动作可进行转动。

在微小加压机构29上端部，安装有推力轴承31，即使将该微小加压机构抵接在止挡部16上，仍可以进行旋转动作。

本实施方式的加压检测部17，除了在花键轴(压接工具)25顶端开设有元件吸附用的吸附孔，并通过气压软管20与未图示的真空吸附源连接以外，与上述利用图3进行说明的第一实施方式在实质上是相同的，因此采用相同符号并省略说明。

下面，对本实施方式的元件压接安装动作进行说明。

(1)低负荷加压的情况(例如，到1[N]～5[N]的程度)

如图7所示，驱动音圈电机13，使加压检测部17等向Z轴上侧移动，使微小加压机构29(音圈电机32)与止挡部16抵接，来限制上升移动，保持其位置。通过在上侧方向限制微小加压机构29，在加压时能够仅通过微小加压机构29来进行加压。在微小加压机构29上端部具有推力轴承31，θ方向的旋转动作不受限制。驱动音圈电机32，借助加压检测部17的花键轴25和连接于该轴25上端的弹簧24通过负荷传感器23，可以测量音圈电机32对吸附于花键轴25顶端的元件的加压量。根据由负荷传感器23检测到的加压量，控制音圈电机32的驱动量，由此，可以进行微小加压。

(2)高负荷加压的情况(例如，到5[N]～50[N]的程度)

如图8所示，驱动音圈电机13，使微小加压机构29从图7的状态下降到不与止挡部16接触的位置。此时，微小加压用的音圈电机32，驱动其可动部如图示那样将加压检测部17牵引到下端的抵接部(第二限制装置)34上，并且，通过抵接其上端将位置固定，来限制花键轴(压接工具)25与音圈电机32的相对移动，而使该电动机32的加压功能停止。

在该状态下，通过对吸附于花键轴25的元件进行加压，借助花键轴25和连接于该花键轴25的弹簧24通过负荷传感器23可以测量音圈电机(第二加压接置)13的加压量。负荷传感器23检测出的加压量通过未图示的控制装置向音圈电机13输出驱动信号，控制音圈电机13的位置以获得适当的加压量。

根据上述本实施方式，用一个负荷传感器23可以检测低负荷用和高负荷用的两方的加压装置的加压量，因此与第一实施方式相比，检测精度有所降低但是可以减小压接头的长度。

另外，在前述实施方式中，将空气气缸(air cylinder)18用于微小负荷加压，并将音圈电机13用于高负荷加压，但是也可以反过来，将音圈电机用于微小加压，将空气气缸用于高(大)负荷加压。

另外，对于高负荷驱动源，也可组合使用θ旋转电动机和滚珠螺杆来代替音圈电机13，在该情况下，使Z轴方向驱动用θ旋转电动机和滚珠螺杆也可以构成为不仅作为Z轴驱动用也作为加压驱动用而共用驱动源。

另外，在所述第二实施方式中，加压装置，可以对于低负荷和高负荷都使用音圈电机，但是也可以对于其中一方或双方都使用空气气缸。

另外，θ旋转电动机11，通过花键与一系列负荷控制机构部连接，因此其自身的固定也可以通过压接头基座6进行。

另外，作为各加压装置，除了空气气缸和音圈电机之外，也可以使用压电(piezo)等电致应变元件或线性电动机等，作为直接的加压力检测装置也可以使用压电元件等代替负荷传感器。

Claims (3)

1. 一种电子元件压接装置，其特征在于，具有：

在第一负荷范围内将被压接工具保持的电子元件压接于基板的第一加压装置；

第二加压装置，使所述第一加压装置在与第二加压装置同轴的方向移动，并且第二加压装置在不同于第一负荷范围的第二负荷范围内将被压接工具保持的元件压接于基板；

在通过所述第一加压装置进行压接时，抵接在第一加压装置上来限制第一加压装置对第二加压装置相对移动的第一限制装置；

在通过所述第二加压装置进行压接时，限制压接工具与第一加压装置相对移动的第二限制装置。

2. 如权利要求1所述的电子元件压接装置，其特征在于，设置有负荷检测装置，用于分别检测通过所述第一加压装置和第二加压装置将被压接工具保持的元件压接于基板时的负荷。

3. 如权利要求2所述的电子元件压接装置，其特征在于，分别设置有检测通过所述第一加压装置进行压接时的负荷的第一负荷检测装置，以及检测通过所述第二加压装置进行压接时的负荷的第二负荷检测装置。

Images