CN1109359C

CN1109359C - 芯片焊接装置和焊接方法

Info

Publication number: CN1109359C
Application number: CN97111117A
Authority: CN
Inventors: 高浪保夫
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1996-05-07
Filing date: 1997-05-07
Publication date: 2003-05-21
Anticipated expiration: 2017-05-07
Also published as: TW363232B; JP3149782B2; US5876556A; JPH09298210A; CN1169591A; KR970077081A; KR100251515B1

Abstract

在芯片供给部件中的晶片和定位部件中的衬底之间移动装置头部期间，利用一凸轮和凸轮随动件上下移动载带一个拾取芯片用的管嘴的头部，从而缩短该管嘴从芯片供给部件中的晶片吸住芯片并将该芯片安装到衬底上用的上下移动的行程，而在移动该管嘴期间减小了载荷，由此可以提高该装置头部在晶片和衬底之间的移动速度，从而缩短生产节拍时间和提高工作效率。

Description

芯片焊接装置和焊接方法

技术领域

本发明涉及一种芯片焊接装置，用于从安置在电子部件安装机供给部件上的晶片吸住一芯片并将该芯片移动和安装到一引线框架(焊接框架)或印刷电路板上。

背景技术

在芯片焊接装置中，一个管嘴在真空抽吸状态下从安置在电子部件安装机供给部件上的晶片吸住一芯片，然后将该芯片移动和安装到一个引线框架或印刷电路板上。

下面参照图7的侧视图说明上述芯片焊接装置。在一台电子部件安装机的导向部件2上安置一个引线框架1，而在座架4上安置一个晶片3，该座架4支承在由X轴平台5和Y轴平台6组成的可动平台装置7上。一个带有管嘴9的头部8适合于通过一传动机构(未示出)在晶片3和引线框架1之间往复移动，该管嘴9用于在真空抽吸状态下将晶片3上的芯片P吸住在其下端上。

头部8在两个位置即用实线表示的位置和用虚线表示的位置之间往复移动。当头部安置在用虚线表示的停止位置时，可动平台装置7受到操作而相对于管嘴9沿X轴和Y轴方向移动晶片3，因此管嘴9能够吸住一个所要的芯片P。对于该装置，在晶片3和导向部件2之间保证一个高度差D，以便当安置晶片3用的座架4向着导向部件2移动而使晶片3安置在导向部件2下方时，可以防止晶片3妨碍导向部件2。

在头部8到达并停止在晶片3正上方的位置(如虚线所示)的状态下，一个垂直移动机构如装在头部8中的线性电动机受到驱动，因而管嘴9上下移动，从而在真空抽吸状态下从晶片3上吸住所需的芯片P。当头部8移到并停止在引线框架1上方用实线表示的位置上时，管嘴9同样上下移动，从而将芯片P安装在引线框架1上。在导向部件2上一步一步地将引线框架送入时重复上述操作步骤，从而相继地将从晶片3上吸住的芯片P安装到引线框架1上。

参照图7，因为高度差D是受到保证的，所以在从晶片3吸住芯片P期间管嘴9的垂直行程Sa长于在将芯片P安装到引线框架1上期间管嘴9的垂直行程Sb。因此，管嘴9从晶片3吸住芯片P的垂直移动需要较长时间，从而产生生产节拍时间较长因而相应的工作效率较低的问题。

另外，因为设置在头部8中的用于使管嘴9垂直移动的机构(如线性电动机)的重量是重的，所以当头部8在晶片3和引线框架1之间移动时它施加一个相当大的载荷，从而限制了头部3的移动速度的提高。

发明内容

本发明设计来用于消除上述问题，因此，本发明的一个目的是提供一种芯片焊接装置或芯片焊接方法，其中可以缩短在从芯片供给部件的晶片上吸住芯片期间管嘴的垂直行程，从而缩短生产节拍时间。

本发明的另一个目的是提供一种芯片焊接装置，其中施加到头部上的载荷被减小，从而使该头部能够在芯片供给部件和衬底(基底)之间高速移动，由此可以提高工作效率。

按照本发明的第一方面，本发明提供一种芯片焊接装置，该装置包括一个安置衬底用的定位部件、一个设置在该安置于定位部件上的衬底下方一个高度差处的芯片供给部件、一个其上可以升高地载带一吸住芯片用的管嘴的头部、一个用于在定位部件和芯片供给部件之间移动头部的移动机构、一个包含具有从定位部件到芯片供给部件的向下坡度的凸轮曲线的凸轮、一个与管嘴整体结合并适合于沿凸轮曲线移动从而使管嘴沿凸轮曲线上下的凸轮随动件、一个用于使凸轮上下移动从而使管嘴在定位部件上方或芯片供给部件上方上下移动的垂直移动机构。

按照本发明的第二方面，本发明提供一种芯片焊接装置，其中在上下移动凸轮用的垂直移动机构中的一个传动部件被设置在静止的台板侧面，与头部隔开，因此，在头部部件于芯片供给部件和衬底定位部件之间移动期间该传动部件并不施加载荷。

按照本发明的第三方面，本发明提供一种焊接方法，它包括下列步骤：将一个衬底安置在一定位部件上；一边将一个管嘴移动到一芯片供给部件上方的位置；一边在此移动期间沿一个凸轮引导与管嘴结合的凸轮随动件以下降所述管嘴；借助垂直移动机构沿竖直方向上下移动所述凸轮随动件，以便上下移动所述管嘴，从而拾取一个芯片；一边将所述管嘴从所述芯片供给部件移动到一个定位部件上方的位置，一边沿所述凸轮引导所述凸轮随动件以升高所述管嘴；借助所述垂直移动机构沿所述竖直方向上下移动所述凸轮随动件，以便下降和升高所述管嘴，以将该芯片焊接在所述衬底上。

在本发明的第一方面中，当该管嘴被移向芯片供给部件时该头部沿凸轮曲线下降，因此，在此期间可以得到该管嘴的下降行程，从而可以大大缩短该管嘴吸住芯片供给部件中芯片用的垂直行程，由此可以以高速度在一个短行程中吸住一个芯片。

另外，在本发明的第二方面中，可以显著地减小在移动该头部期间的载荷，因此，可以以高速度在芯片供给部件和衬底之间移动该头部。

此外，在本发明的第三方面中，可以缩短管嘴在吸住芯片供给部件中芯的期间的行程，从而加快该芯片在衬底上的安装速度。

附图说明

下面将参照附图说明本发明的一个实施例，附图中：

图1是例示本发明的一种实施例形式的芯片焊接装置的透视图；

图2是例示图1中所示芯片焊接装置的基本部件的放大透视图；

图3是例示图1中所示芯片焊接装置的主视图；

图4是例示图1中所示芯片焊接装置的侧视图；

图5是例示图1中所示芯片焊接装置的平面图；

图6是表示管嘴行程的说明图；

图7是例示一种与本发明的芯片焊接装置相比较用的芯片焊接装置的侧视图。

具体实施方式

首先，将参照图1至图6说明本发明的一种实施例的芯片焊接装置的整个结构。应当注意，相同的标号用于表示与图7中所示相关例子中的部件相同的部件。参照图1，底座10的顶面上立有杆11，杆上支承一个引线框架1用的导向部件2。引线框架1一步一步地沿导向部件2的纵向(X轴方向)送入，并安置在预定位置上。一个由X轴方向的平台5和Y轴方向的平台6组成的可动平台组件7设置在导向部件2的侧面，其上部连接一个保持晶片3的座架4。也就是，晶片3、座架4和可动平台7组成一个芯片供给部件。

在底座10的后部上立有一个支柱12，而在支柱12的一个后角部上悬臂式地支承一个线性电动机部件20。这个将在后面详述的后电动机部件20起移动机构的作用，用于在晶片3和引线框架1之间移动一个头部30，并由作为驱动源的定子21和可动面板22组成。参照图4，在定子21的前表面上设置上下两个水平导轨23。另外，滑架24设置在可动面板22的后表面上，并可滑动地安装在导轨23上。因此，当安置在定子21中的线圈(未示出)激励时，它产生一个磁力，使可动面板22沿水平方向(Y轴方向)沿导轨23滑动式移动。应当指出，可以使用一个由滚珠丝杠、螺母和电动机组成的进给螺杆机构来代替线性电动机部件20。

参照图1，设置在可动面板22前表面处并与其整体结合的头部30适合于与可动面板22一起沿Y轴方向在引线框架1和晶片3之间移动。下面说明头部30的详细结构。参照图2和图3，在可动面板22的前表面上连接一个钩形托架31。在托架31的前表面上安装上下两个导轨32，它们沿水平方向(X轴方向)延伸。在托架31的前表面上同时设置一块板33。参照图5，滑架34设置在托架31的后表面处，可以滑动地安装在导轨32上。因此，板33可以沿水平方向(X轴方向)沿导轨32移动。

参照图2，在板33的一个侧表面的下部上形成的叉形件固定住一个滚柱35，使该滚柱能沿水平方向滚动。该滚柱35被做成与横向长导向件36接触。图5中所示的弹簧37将板33推向导向件36。如图2和图5中最清楚地表示的，导向件36接合在轴38的前端部上，轴38的后端部以滚柱39作为轴颈。滚柱39紧靠凸轮40。参照图4，在静止台板42上设有沿轴38的纵向引导轴38用的导向件43。在电动机41操作期间当凸轮40转动时，轴38沿X轴方向稍许往复移动。因此，板33也利用导向件36和滚柱35沿X轴方向往复移动。这种往复移动使管嘴完成沿X轴方向的摩擦运动。

如图2中所示，在板33的前部安装一个联接件50。联接件50通过垂直导轨44、44的中介安装到板33上，因而可以垂直移动(参照图3)。参照图2和图3，轴承部件50a、50c从联接件50上伸出，并在其中固定一个直立状态的管嘴轴51。在管嘴轴51的下端部上设置一个用于在真空抽吸状态下吸住一个芯片的管嘴52，在管嘴轴51上安装一个计时轮(定时轮)53。该计时轮53利用一个固定在板33前表面上的轴承部件33b而成为可以转动的轴颈。管嘴轴51沿其纵向的周边表面形成花键槽(未示出)，因此，管嘴轴51由一个结合在计时轮中的轴承支承，从而只能沿垂直方向滑动。一个用于角旋转的电动机54安装在托架31的后侧上。电动机54的旋转通过计时皮带55和计时轮53传送到管嘴轴51上，因此，管嘴轴51围绕其中心轴线进行角旋转。于是，一个在真空抽吸下被管嘴52的下端部吸住的芯片沿水平方向转动。

参照图2至图4，杆56安装在联接件50的侧表面下部。凸轮随动件57作为杆56下部的轴颈。一个沿Y轴方向很长的面板状凸轮60在其前表面中形成一个凸轮槽61，该凸轮槽61有一个沿Y轴方向延伸的预定凸轮曲线。参照图3，该凸轮槽61包括一个安置在引线框架1正上方的第一水平部分61a、一个在晶片3正上方的第二水平部分61b和一个在它们之间延伸并具有往下向着晶片3的坡度的倾斜部分61C。作为联接件50轴颈的凸轮随动件57安装在凸轮槽61中，而凸轮60受弹簧62的弹性支承。参照图3，当线性电动机部件20受到驱动时，可动面板22沿Y轴方向沿导轨23移动，因此，凸轮随动件57沿同一方向移动并同时在凸轮槽61中滚动。然后，凸轮随动件61在倾斜部分61C中移动。从而，联接件50、固定在联接件50上的管嘴轴51和管轴52上下移动。

接着，参照图4和图5，将说明上下移动凸轮60用的垂直移动机构。凸轮60的后表面上设置一个块体70。钩状杆71利用销72作为轴颈连接在块体70上，因而可以沿垂直方向转动。滚柱73、74作为轴颈连接在杆71的对置端部上，而滚柱73紧靠凸轮60后表面处的凸出部60a的下表面。凸出部60a在上述弹簧62(图3)的弹力下与滚柱73压力接触。

设置在凸轮60后表面处的静止台板42被固定在定子21的下部。块体70、电动机75等固定在静止台板42上。电动机75适合于转动一个其长度方向为X轴方向的进给螺杆76。进给螺杆76的前端部受轴承77的支承。螺母78安装在进给螺杆76上，并与向前延伸的杆79连接，杆79的前端部与杆71的滚柱74压力接触。螺母78沿导轨80进给。上述电动机75、进给螺杆76、螺母78、钩状杆71、销72、滚柱73和74、轴承77和杆79等构成驱动部件。

因此，当电动机75受驱动而转动进给螺杆76时，螺母78沿进给螺杆76移动。于是，杆79沿X轴方向移动而在杆71的后表面处压住杆71的滚柱74。然后，杆71围绕销72转动，因此，通过凸出部60a的中介而接触滚柱73的凸轮60上下移动。联接件50通过杆56和滚柱57连接在凸轮60上，因此，当凸轮60上下移动时，联接件50、管嘴轴51和由联接件50保持的管嘴52也上下移动。

如上所述，管嘴52的上下移动首先是通过沿凸轮槽61的倾斜部分61c移动凸轮随动件57而进行的，其次是通过电动机75的传动来上下移动凸轮60而进行的。通过充分地提高凸轮槽61的机械加工精度，管嘴52的行程长度可以通过凸轮槽61始终受到精确的保证。另外，通过数字控制电动机75的驱动，可以精确地控制管嘴52的行程。

参照说明管嘴52行程的图6，在其上安置引线框架1的导向部件2和晶片3中结合的芯片P的上表面(芯片P的吸取高度)之间保证一个高度差D，晶片3安置在引线框架1下方的位置上。高度差D的必要性已经参照图7说明过。

为了吞并该高度差D，可以通过凸轮槽61的倾斜部分61c获得行程S1。当芯片P被从晶片3上吸取时，电动机75受驱动而使凸轮60上下移动从而获得行程S2，另外，当芯片P被安装到引线框架1上时，电动机75再次受驱动而使凸轮60上下移动从而获得行程S3。应当注意，行程S1是在管嘴52于晶片3和引线框架1之间移动期间获得的，因此获得行程S1的时间不是另加的而可以被包括在晶片3和引线框架1之间的移动时间内。这样，只有获得行程S2和行程S3的时间是另加的。也就是，因为只有行程S2是从晶片3吸取芯片P所需要的，而因为该行程S2比图7中所示常规结构需要的行程Sa相比是极短的，所以吸取芯片P的时间可以大大缩短。另外，如上所述，行程S1、S2、S3可以精确地获得。应当注意，管嘴52的行程是不同的，取决于待吸取的芯片P的厚度，因而电动机75的转动程度根据待吸取的芯片的厚度而调整。

另外，随着晶片3和引线框架1之间管嘴52往复移动的重复，芯片P被从晶片3上吸取并安装在引线框架1上。但是，在该装置中，用于使管嘴52上下移动的垂直移动机构包括凸轮60、杆70、电动机75、进给螺杆76、螺母78等不是整体结合在头部70上，而是整体结合在静止台板42上，因此在管嘴52的往复移动方面没有施加载荷。也就是，只有装配在托架31和联接件50上的元件才对通过线性电动机部件20的驱动起作用的管嘴52的往复移动施加载荷。因此，只有较少量的载荷施加在线性电动机部件20上，后者因此可以使管嘴52以高速度在晶片3和引线框架1之间移动。

其次，将说明上述作为整体构造的该芯片焊接装置。参照图1，已经转移到导向部件20上的引线框架1停止并安置在一预定位置上。然后，驱动线性电动机部件20以使可动面板2沿定子21的前表面受导轨23的导向而滑动，因此，头部30移动到一个在晶片3上方的位置。此时，如图3中所示，凸轮随动件57通过凸轮槽61的倾斜部分61c，使管嘴52下降一个行程S1，直到它到达晶片P上方的位置。图4表示该状态。

参照图4，当电动机75正向转动时，螺母78向右沿进给螺杆76退回，因而杆79也退回。因此，杆71由于凸轮60的凸出部60a施加的载荷而沿反时针转动，凸轮60下降一个相当于行程S2的长度。于是，管嘴52的下端部到达晶片3中待吸取芯片P的上表面，因此，芯片P在真空抽吸状态下被吸取。当电动机7反向旋转时，螺母78向左沿进给螺杆76移动而杆79前进，使其前端部推动杆71上的滚柱74，后者因而沿顺时针方向转动。结果，凸轮60被向上推动一个对应于行程S2的长度，使管嘴52被升高一个对应于行程S2的高度以拾取芯片P。

然后，线性电动机部件20受到反向驱动，因此，可动板22向左移动，如图3中所示。因而，管嘴52移至引线框架1上方的位置。在此期间，凸轮随动件57通过凸轮槽61的倾斜部分61c，使管嘴52升高一个行程S1。其次，电动机20正向旋转从而使凸轮60下降，因此，被管嘴52的下端部在真空抽吸状态下吸持的芯片P被降落到引线框架1上(在此状态下的芯片P用图6中虚线表示)。此时，管嘴52下降一个行程S3。

在这种降落状态下，当电动机41如图4中所示正向和反向旋转时，轴38通过凸轮40的旋转沿其纵向(X轴方向)往复移动，板33和联接件50沿同一方向往复移动，使管嘴52产生沿X轴方向的轻微摩擦运动。同时，线性电动机部件20受到正向和反向的轻微驱动，使管嘴52也沿Y轴方向产生轻微的摩擦运动。由于这种沿X轴和Y轴方向的摩擦运动，涂敷在引线框架1上的胶粘剂与芯片P的整个后表面接触，因而芯片可以被牢靠地焊接在引线框架1上。其次，在吸住芯片P的真空抽吸状态被解除后，当电动机75反向旋转而升高管嘴52时，相继步骤的运动就完成了。随着重复上述操作而一步接一步地进给引线框架1，各芯片P被相继地安装在引线框架1上。

根据本发明，因为在管嘴从衬底到芯片供给部件的移动期间管嘴是沿凸轮曲线运动和下降的，所以当从芯片供给部件吸住芯片时管嘴的上下移动可很轻微。这是由于凸轮上下运动的缘故。因此，可以大大缩短管嘴的行程，也就是，可以缩短吸住芯片所需的时间。由此可以高速地将芯片P安装在衬底上。其次，通过按照芯片厚度精确地调整管嘴行程，可以可靠地进行芯片供给部件中芯片的吸住和将芯片安装到衬底上的动作。

另外，由于在上下移动凸轮用的垂直移动机构中提供驱动部件，在与头部隔开的静止台板上，该驱动部件并不将载荷施加到在芯片供给部件和衬底定位部分之间的管嘴运动上，因而管嘴以高速度在芯片供给部件和衬底之间运动。由此可以高速地将芯片安装在衬底上。

Claims

1.一种芯片焊接装置，它包括：

一个设置在底座上的定位部件，用于安置一个衬底；

一个设置在所述底座上的芯片供给部件，其位置比安置在定位部件上的衬底的位置要低一个高度差；

一个头部，可以升高地载带一个拾取一芯片用的管嘴；

一个移动机构，用于在该定位部件和芯片供给部件之间移动所述头部；

一个具有凸轮曲线的凸轮，该凸轮曲线有一个从所述定位部件到所述芯片供给部件的向下坡度；

一个凸轮随动件，与所述管嘴整体结合并适合于沿凸轮曲线移动，从而使所述管嘴上下移动；以及

一个垂直移动机构，用于使所述凸轮上下移动，从而使所述管嘴在所述定位部件或所述芯片供给部件的上方移动。

2.一种如权利要求1中所述的芯片焊接装置，其特征在于，移动所述凸轮用的所述垂直移动机构有一个驱动部件，该驱动部件不是与所述头部而是与所述底座整体结合，因此所述驱动部件在所述头部于芯片供给部件和定位机构之间移动期间并不施加载荷。

3.一种焊接方法，它包括下列步骤：

将一个衬底安置在一定位部件上；

一边将一个管嘴移动到一芯片供给部件上方的位置；一边在此移动期间沿一个凸轮引导与管嘴结合的凸轮随动件以下降所述管嘴；

借助垂直移动机构沿竖直方向上下移动所述凸轮随动件，以便上下移动所述管嘴，从而拾取一个芯片；

一边将所述管嘴从所述芯片供给部件移动到一个定位部件上方的位置，一边沿所述凸轮引导所述凸轮随动件以升高所述管嘴；

借助所述垂直移动机构沿所述竖直方向上下移动所述凸轮随动件，以便下降和升高所述管嘴，以将该芯片焊接在所述衬底上。