CN111430253A - 利用治具整体翻转植针的装置及方法 - Google Patents

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CN111430253A CN202010371975.0A CN202010371975A CN111430253A CN 111430253 A CN111430253 A CN 111430253A CN 202010371975 A CN202010371975 A CN 202010371975A CN 111430253 A CN111430253 A CN 111430253A
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Abstract

一种利用治具整体翻转植针的装置，包括固定在振动台上的底座、用于压住植针治具板的压盖、可下压并锁定以对所述压盖施以持续下压力的下压机构、用于在下方与植针治具板固定的真空座、用于固定电路板的载具以及用于带动翻转180度后的真空座下降靠近所述载具以在振动器对真空座的作用下使植针治具板上的针恰好植入所述电路板上的升降机构。本发明植针效率高，适用于各种直径或长度的针。

Description

利用治具整体翻转植针的装置及方法
技术领域
本发明涉及电路板植针技术领域，尤其涉及一种利用治具整体翻转植针的装置及方法。
背景技术
随着封装技术的进步，芯片集成度不断提高，I/O引脚数急剧增加，功耗也随之增大，对集成电路封装的要求也更加严格，因此20世纪90年代，球栅阵列封装(即BGA封装)开始被应用于生产，该技术一出现便成为CPU、主板南、北桥芯片等高密度、高性能、多引脚封装的最佳选择。但是球状引脚因自身的特性了，BGA封装占用基板的面积比较大，为了使封装后的基板体积更小，集成度更高，封装行业开始转向研制针状引脚阵列封装的应用与开发。植针相对于植球最大的区别在于，球是没有方向性的，而针是有一定的方向，因此植针相对于植球难度更大，要求更高。
现有的植针技术主要使用机械插针，即用一个高速运动机构，末端带一个夹手，将针依次植到基板上，最快每秒可植入10根针，效率低，耗时长，且无法对应小于一定直径或长度的针。
发明内容
基于此，针对上述技术问题，提供一种利用治具整体翻转植针的装置及方法。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
一种利用治具整体翻转植针的装置，包括：
固定在振动台上的底座，所述底座的内部具有可通过抽真空设备进行抽真空的第一抽真空腔，该底座的顶部具有植针治具板放置平台，所述放置平台上具有上下方向且与植针治具板的植针区域对应的第一通孔，所述第一通孔与所述第一抽真空腔连通；
用于压住所述植针治具板的压盖，所述压盖上具有上下方向且与所述植针区域对应的第二通孔；
可下压并锁定以对所述压盖施以持续下压力的下压机构；
用于在下方与植针治具板固定的真空座，所述真空座的上表面具有与所述植针治具板的植针区域对应的第一凹槽，形成可通过抽真空设备进行抽真空的第二抽真空腔；
用于固定电路板的载具，所述载具的上表面具有与所述电路板的植针区域对应的第二凹槽，形成可通过抽真空设备进行抽真空的第三抽真空腔；
用于带动翻转180度后的真空座下降靠近所述载具以在振动器对真空座的作用下使植针治具板上的针恰好植入所述电路板上的升降机构，所述升降机构与翻转180度后的真空座固定。
所述第一通孔以及第二通孔略大于所述植针区域。
所述压盖包括定位板以及压板，所述定位板的下表面具有用于罩住所述植针治具板并前后左右进行限位的限位槽，所述定位板上具有上下方向且与所述植针区域对应的第三通孔，所述第三通孔略大于所述植针区域，所述压板压设于所述定位板上，其上形成所述第二通孔，所述第二通孔具有向下伸入所述第三通孔以压住所述植针治具板的环形延伸部，所述环形延伸部的外径与第三通孔的内径适配；
所述植针治具板放置平台上具有用于对所述定位板进行定位的定位件，所述定位件位于所述第一通孔周围。
所述第二通孔的深度大于等于针的长度。
所述定位件包括左右对称布置的四个定位柱以及前后对称布置的四个定位台，所述下压机构为四个，四个下压机构分别固定在所述四个定位台上。
所述下压机构包括铰接座、活动臂、压头、传动臂以及手柄，所述铰接座固定在所述定位台上，该铰接座的中部具有面朝后侧且用于止挡传动臂后端的止挡斜面，所述活动臂具有第一固定端以及第二固定端，所述第一固定端以及第二固定端位于自由端的后侧，并且所述第二固定端低于第一固定端，所述第二固定端与铰接座的前侧前后转动铰接，所述压头与活动臂的自由端固定，所述传动臂的前端与第一固定端前后转动铰接，所述手柄具有第三固定端以及第四固定端，所述第三固定端以及第四固定端位于手柄的自由端的下方，并且所述第四固定端低于第三固定端，所述手柄的自由形成柄部，所述第三固定端与传动臂的后端前后转动铰接，所述第四固定端与铰接座的后侧前后转动铰接。
所述铰接座由一支撑板构成，所述支撑板竖直布置，其下端具有固定片，所述固定片与定位台固定，所述支撑板的上侧前部形成第一铰接角，上侧后部形成第二铰接角，所述第一铰接角高于第二铰接角，所述第一铰接角与第二固定端铰接，所述第二铰接角与第四固定端铰接，所述止挡斜面为第二铰接角的后侧斜面；
所述传动臂前高后低倾斜布置，其后端形成与止挡斜面配合的凸出部。
所述升降机构包括支撑架、丝杆、活动块以及固定座，所述丝杆竖直布置并转动固定在支撑架上，所述活动块固定在丝杆的螺母座上，所述固定座固定在活动块上，所述翻转180度后的真空座固定在固定座上。
所述支撑架包括左右间隔布置的两个支撑柱、上侧板以及背板，所述上侧板与两个支撑柱的上端固定，所述背板与两个支撑柱的后侧连接，所述丝杆穿过上侧板，并通过轴承座与上侧板转动连接，其上端设有手轮，所述活动块与支撑柱上下滑动配合，所述固定座包括第一固定板以及第二固定板，所述第一固定板竖直布置并与活动块固定，所述第二固定板水平布置通过连接臂与第一固定板连接，所述连接臂由左右间隔布置的板体构成。
本发明还涉及一种采用本发明利用治具整体翻转植针的装置的植针方法，包括：
将底座固定在振动台上；
将所述植针治具板放置在所述底座的植针治具板放置平台上，使植针治具板的植针区域与第一通孔对准，并通过下压机构将压盖压在所述植针治具板上，使第二通孔与所述植针区域对准；
经所述第二通孔将至少2倍于所需植入植针治具板数量的针倒入植针区域；
启动振动台,并通过抽真空设备对所述底座内的第一抽真空腔进行抽真空，使针植入植针治具板；
将所述植针治具板从所述底座上取下，并固定在真空座上，通过抽真空设备对所述真空座的第二抽真空腔进行抽真空；
保持抽真空的状态下，将所述植针治具板翻转180度，并固定在升降机构上；
将电路板固定在载具上；
通过所述升降机构带动真空座下降靠近所述载具；
停止对所述真空座的第二抽真空腔抽真空，通过振动器对所述真空座的两侧进行振动，使所述植针治具板中的针脱离并植入到所述电路板上,同时，通过抽真空设备对载具的第三抽真空腔进行抽真空。
本发明植针效率高，适用于各种直径或长度的针。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明：
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明的立体结构示意图；
图3为本发明的爆炸图；
图4为本发明的定位板的结构示意图；
图5为本发明的压板的结构示意图；
图6为本发明的下压机构的结构示意图；
图7为本发明的升降机构的结构示意图；
图8为本发明的升降机构的前视结构示意图；
图9为本发明的升降机构的侧视结构示意图；
图10为图8的横向剖视图；
图11为本发明的真空座的结构示意图。
具体实施方式
一种利用治具整体翻转植针的装置，本装置的目的是将针植入电路板，该电路板表面有器件等或者由于其它特殊原因，不能直接进行振动。
如图1-3以及图7所示，本发明装置包括底座1100、压盖1200、下压机构1300、真空座1400、载具1500、升降机构1600、振动台1700、第一抽真空设备1810、第二抽真空设备1820、第三抽真空设备1830、振动器(图中未示出)以及固定载具1500、升降机构1600、第二抽真空设备1820和第三抽真空设备1830的底板1900。
如图2以及图3所示，底座1100为矩形的盒体，其固定在振动台1700上，内部具有第一抽真空腔。
底座1100的顶部具有植针治具板放置平台1110，底部具有与振动台1700固定的固定板1120，后侧具有第一抽真空接头1130。
如图3所示，植针治具板20上具有植针区域21，植针区域21中具有多个植针孔，植针孔为上段宽、下端窄的台阶孔，上段用于导入针，直径一般为2.5mm，下段用于固定针，直径一般为1.5mm。
植针治具板放置平台1110上具有上下方向且与植针治具板20的植针区域21对应的第一通孔1111，第一通孔1111与第一抽真空腔连通。
压盖1200用于压住植针治具板20，其上具有上下方向且与植针区域21对应的第二通孔1210。
下压机构1300可以进行下压并锁定，从而对压盖1200施以持续下压力。
将底座1100固定在振动台1700上，并通过下压机构1300以及压盖1200将植针治具板20压在植针治具板放置平台1110上，经第二通孔1210将针倒入植针治具板20的植针区域，启动振动台1700，同时，通过第一抽真空设备1810对第一抽真空腔进行抽真空，在振动和真空吸力的作用下，针被植入植针治具板20。
在本实施例中，第一通孔1111以及第二通孔1210略大于植针区域21。
在本实施例中，为了防止针跳出第二通孔1210，第二通孔1210的深度大于等于针的长度。
在本实施例中，压盖1210包括定位板1220以及压板1230，定位板1220对植针治具板20进行前后左右限位，压板1230对植针治具板20进行上下限位。
较佳地，压板1230采用石墨材质，防止针在振动时摩擦产生静电而聚集吸附，并且由于压盖1210由定位板1220以及压板1230构成，当对不同尺寸的植针治具板进行值针时，只需更换相应的定位板1220即可，不需要更换整个压盖，降低了成本(石墨板成本较高)。
具体地，如图3以及图4所示，定位板1220的下表面具有用于罩住植针治具板20并前后左右进行限位的限位槽1221，定位板1220上具有上下方向且与植针区域21对应的第三通孔1222，第三通1222孔略大于植针区域21，如图3以及图5所示，压板1230压设于定位板1220上，其上形成上述第二通孔1210，第二通孔1210具有向下伸入第三通孔1222以压住植针治具板20的环形延伸部1211，环形延伸部1211的外径与第三通孔1222的内径适配，使得环形延伸部1211不仅起到对植针治具板20进行上下限位的作用，还可以起到对压板1230进行定位的作用。
相应地，植针治具板放置平台1110上具有用于对定位板1220进行定位的定位件，定位件位于第一通孔1111周围。
具体地，如图2以及图3所示，定位件包括左右对称布置的四个定位柱1112以及前后对称布置的四个定位台1113，下压机构1300为四个，四个下压机构1300分别固定在四个定位台1113上。
通过四个定位柱1112以及四个定位台1113对定位板1220的位置进行定位，进而对植针治具板20进行定位，同时，压板1230通过环形延伸部1211进行定位，确保在对植针治具板20植针时，植针区域21与第一通孔1111以及第二通孔1210上下对准(中心线重合)。
在本实施例中，如图6所示，下压机构1300包括铰接座1310、活动臂1320、压头1330、传动臂1340以及手柄1350。
铰接座1310固定在定位台1113上，活动臂1320具有第一固定端1321以及第二固定端1322，第一固定端1321以及第二固定端1322位于自由端的后侧，并且第二固定端1322低于第一固定端1321，第二固定端1322与铰接座1310的前侧前后转动铰接，压头1330与活动臂1320的自由端固定，传动臂1340的前端与第一固定端1321前后转动铰接，手柄1350具有第三固定端1351以及第四固定端1352，第三固定端1351以及第四固定端1352位于手柄1350的自由端的下方，并且第四固定端1352低于第三固定端1351，手柄1350的自由形成柄部1353，第三固定端1351与传动臂1340的后端前后转动铰接，第四固定端1352与铰接座1310的后侧前后转动铰接，其中，铰接座1310的中部具有面朝后侧、用于止挡传动臂1340后端的止挡斜面1311，操作柄部1353使手柄1350前后转动，带动传动臂1340前后移动，进而带动活动臂1320前后转动，传动臂1340的后端被止挡斜面1311止挡时，活动臂1320上的压头1330恰好压住压盖1200。
具体地，铰接座1310由一支撑板1311构成，支撑板1311竖直布置，其下端具有固定片，固定片通过螺栓与定位台1113固定，支撑板1311的上侧前部形成第一铰接角1311a，上侧后部形成第二铰接角1311b，第一铰接角1311a高于第二铰接角1311b，第一铰接角1311a与第二固定端1322铰接，第二铰接角1311b与第四固定端1352铰接，止挡斜面1311为第二铰接角1311b的后侧斜面。
传动臂1340前高后低倾斜布置，其后端形成与止挡斜面1311配合的凸出部1341。
如图7以及图11所示，真空座1400用于在下方与植针治具板20固定，真空座1400的上表面具有与植针治具板20的植针区域21对应的第一凹槽1410，形成第二抽真空腔，下表面具有第二抽真空接头1420。
载具1500用于固定电路板(图中未示出)，电路板的结构与植针治具板20相同。载具1500的上表面具有与电路板的植针区域对应的第二凹槽1510，形成第三抽真空腔。植针时，通过第三抽真空设备1830进行抽真空，防止针翘曲。
升降机构1600用于带动翻转180度后的真空座1400下降靠近载具1500，从而在振动器对真空座1400的作用下使植针治具板20上的针恰好植入电路板上。
升降机构1600与翻转180度后的真空座1400固定，固定后，植针治具板20上的植针孔与电路板上的植针孔上下一一对应。
针被植入植针治具板20后，取下植针治具板20并固定在真空座1400上，通过第二抽真空设备1820对真空座1400的第二抽真空腔进行抽真空，保持抽真空的状态下，将植针治具板20翻转180度并固定在升降机构1600上，将电路板固定在载具1500上，通过升降机构1600带动真空座1400下降靠近载具1500，停止对真空座1400抽真空，通过振动器对真空座1400的两侧进行振动，使植针治具板20中的针脱离并植入到电路板上，植针效率高。
在本实施例中，如图7-10所示，升降机构1600包括支撑架1610、丝杆1620、活动块1630以及固定座1640。
支撑架1610固定在底板1900上，丝杆1620竖直布置并转动固定在支撑架1610上，活动块1630固定在丝杆1620的螺母座1621上，固定座1640固定在活动块1630上，翻转180度后的真空座1400固定在固定座1640上，转动丝杆1620可以驱动活动块1630以及固定座1640升降，进而带动真空座1400。
其中，支撑架1610包括左右间隔布置的两个支撑柱1611、上侧板1612以及背板1613，上侧板1612与两个支撑柱1611的上端固定，背板1613与两个支撑柱1611的后侧连接，背板1613的后侧与底板1900之间设有直角连接件1613a，对支撑架1610进行支撑。
丝杆1620穿过上侧板1612，并通过轴承座1612a与上侧板1612转动连接，其上端设有手轮1622，供用户操作转动丝杆1620。
活动块1630与支撑柱1611上下滑动配合，具体地，活动块1630的前侧具有竖直的连接板1631，连接板1631背面的左右两侧具有滑座1631a，两个支撑柱1611的前侧具有与滑座1631a上下滑动配合的滑轨1611a。
固定座1640包括第一固定板1641以及第二固定板1642，第一固定板1641竖直布置并与连接板1631固定，第二固定板1642水平布置通过连接臂1643与第一固定板1641连接，连接臂1643由左右间隔布置的板体构成。
如图3以及图7所示，本发明还涉及一种采用本发明植针装置的植针方法，包括如下步骤：
1、将底座1100固定在振动台1700上。
2、将植针治具板20放置在底座1100的植针治具板放置平台1110上，使植针治具板20的植针区域21与第一通孔1111对准，并通过下压机构1300将压盖1200压在植针治具板20上，使第二通孔1210与植针区域对准。
3、经第二通孔1210将至少2倍于所需植入植针治具板数量的针倒入植针区域。在本实施例中，针的数量为需植入植针治具板数量的2-3倍。
4、启动振动台1700,并通过第一抽真空设备1810对底座1100内的第一抽真空腔进行抽真空，使针植入植针治具板20。
5、将植针治具板20从底座1100上取下，并固定在真空座1400上，通过第二抽真空设备1820对真空座1400的第二抽真空腔进行抽真空。
6、保持抽真空的状态下，将植针治具板翻转180度，并固定在升降机构1600上。
7、将电路板固定在载具1500上。
8、通过升降机构1600带动真空座1400下降靠近载具。
9、停止对真空座1400的第二抽真空腔抽真空，通过振动器对真空座1400的两侧进行振动，使植针治具板中的针脱离并植入到电路板上，同时，通过第三抽真空设备1830对载具1500的第三抽真空腔进行抽真空，防止针翘曲。
本发明植针效率高，适用于各种直径或长度的针。
但是，本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明，而并非用作为对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围内，对以上所述实施例的变化、变型都将落在本发明的权利要求书范围内。

Claims (10)

1.一种利用治具整体翻转植针的装置，其特征在于，包括：
固定在振动台上的底座，所述底座的内部具有可通过抽真空设备进行抽真空的第一抽真空腔，该底座的顶部具有植针治具板放置平台，所述放置平台上具有上下方向且与植针治具板的植针区域对应的第一通孔，所述第一通孔与所述第一抽真空腔连通；
用于压住所述植针治具板的压盖，所述压盖上具有上下方向且与所述植针区域对应的第二通孔；
可下压并锁定以对所述压盖施以持续下压力的下压机构；
用于在下方与植针治具板固定的真空座，所述真空座的上表面具有与所述植针治具板的植针区域对应的第一凹槽，形成可通过抽真空设备进行抽真空的第二抽真空腔；
用于固定电路板的载具，所述载具的上表面具有与所述电路板的植针区域对应的第二凹槽，形成可通过抽真空设备进行抽真空的第三抽真空腔；
用于带动翻转180度后的真空座下降靠近所述载具以在振动器对真空座的作用下使植针治具板上的针恰好植入所述电路板上的升降机构，所述升降机构与翻转180度后的真空座固定。
2.根据权利要求1所述的一种利用治具整体翻转植针的装置，其特征在于，所述第一通孔以及第二通孔略大于所述植针区域。
3.根据权利要求2所述的一种利用治具整体翻转植针的装置，其特征在于，所述压盖包括定位板以及压板，所述定位板的下表面具有用于罩住所述植针治具板并前后左右进行限位的限位槽，所述定位板上具有上下方向且与所述植针区域对应的第三通孔，所述第三通孔略大于所述植针区域，所述压板压设于所述定位板上，其上形成所述第二通孔，所述第二通孔具有向下伸入所述第三通孔以压住所述植针治具板的环形延伸部，所述环形延伸部的外径与第三通孔的内径适配；
所述植针治具板放置平台上具有用于对所述定位板进行定位的定位件，所述定位件位于所述第一通孔周围。
4.根据权利要求3所述的一种利用治具整体翻转植针的装置，其特征在于，所述第二通孔的深度大于等于针的长度。
5.根据权利要求4所述的一种利用治具整体翻转植针的装置，其特征在于，所述定位件包括左右对称布置的四个定位柱以及前后对称布置的四个定位台，所述下压机构为四个，四个下压机构分别固定在所述四个定位台上。
6.根据权利要求5所述的一种利用治具整体翻转植针的装置，其特征在于，所述下压机构包括铰接座、活动臂、压头、传动臂以及手柄，所述铰接座固定在所述定位台上，该铰接座的中部具有面朝后侧且用于止挡传动臂后端的止挡斜面，所述活动臂具有第一固定端以及第二固定端，所述第一固定端以及第二固定端位于自由端的后侧，并且所述第二固定端低于第一固定端，所述第二固定端与铰接座的前侧前后转动铰接，所述压头与活动臂的自由端固定，所述传动臂的前端与第一固定端前后转动铰接，所述手柄具有第三固定端以及第四固定端，所述第三固定端以及第四固定端位于手柄的自由端的下方，并且所述第四固定端低于第三固定端，所述手柄的自由形成柄部，所述第三固定端与传动臂的后端前后转动铰接，所述第四固定端与铰接座的后侧前后转动铰接。
7.根据权利要求6所述的一种利用治具整体翻转植针的装置，其特征在于，所述铰接座由一支撑板构成，所述支撑板竖直布置，其下端具有固定片，所述固定片与定位台固定，所述支撑板的上侧前部形成第一铰接角，上侧后部形成第二铰接角，所述第一铰接角高于第二铰接角，所述第一铰接角与第二固定端铰接，所述第二铰接角与第四固定端铰接，所述止挡斜面为第二铰接角的后侧斜面；
所述传动臂前高后低倾斜布置，其后端形成与止挡斜面配合的凸出部。
8.根据权利要求7所述的一种利用治具整体翻转植针的装置，其特征在于，所述升降机构包括支撑架、丝杆、活动块以及固定座，所述丝杆竖直布置并转动固定在支撑架上，所述活动块固定在丝杆的螺母座上，所述固定座固定在活动块上，所述翻转180度后的真空座固定在固定座上。
9.根据权利要求8所述的一种利用治具整体翻转植针的装置，其特征在于，所述支撑架包括左右间隔布置的两个支撑柱、上侧板以及背板，所述上侧板与两个支撑柱的上端固定，所述背板与两个支撑柱的后侧连接，所述丝杆穿过上侧板，并通过轴承座与上侧板转动连接，其上端设有手轮，所述活动块与支撑柱上下滑动配合，所述固定座包括第一固定板以及第二固定板，所述第一固定板竖直布置并与活动块固定，所述第二固定板水平布置通过连接臂与第一固定板连接，所述连接臂由左右间隔布置的板体构成。
10.根据权利要求1-9任意一项所述的一种利用治具整体翻转植针的装置的植针方法，其特征在于，包括：
将底座固定在振动台上；
将所述植针治具板放置在所述底座的植针治具板放置平台上，使植针治具板的植针区域与第一通孔对准，并通过下压机构将压盖压在所述植针治具板上，使第二通孔与所述植针区域对准；
经所述第二通孔将至少2倍于所需植入植针治具板数量的针倒入植针区域；
启动振动台,并通过抽真空设备对所述底座内的第一抽真空腔进行抽真空，使针植入植针治具板；
将所述植针治具板从所述底座上取下，并固定在真空座上，通过抽真空设备对所述真空座的第二抽真空腔进行抽真空；
保持抽真空的状态下，将所述植针治具板翻转180度，并固定在升降机构上；
将电路板固定在载具上；
通过所述升降机构带动真空座下降靠近所述载具；
停止对所述真空座的第二抽真空腔抽真空，通过振动器对所述真空座的两侧进行振动，使所述植针治具板中的针脱离并植入到所述电路板上,同时，通过抽真空设备对载具的第三抽真空腔进行抽真空。
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