CN113059595A - 导热垫自动化裁切和粘贴设备及使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明揭示了一种导热垫自动化裁切和粘贴设备及其使用方法，所述导热垫自动化裁切和粘贴设备包括放置导热垫的PVC耐割胶垫、放置PCB板或散热板的测量基板、CCD相机、XYZ模组、超声波切割装置及真空吸取装置，其中CCD相机主要用于自动识别导热垫的尺寸、形状位置和需要粘贴导热垫的位置、XYZ模组带动CCD相机在测量基板上PCB板或散热板正上方进行拍照，自动识别需要粘贴导热垫的位置、XYZ模组带动超声波切割刀裁切对应尺寸和厚度的导热垫，真空吸取装置吸取裁切好的导热垫，在XYZ模组的带动下，运动至对应位置并自动粘贴导热垫。

Description

导热垫自动化裁切和粘贴设备及使用方法

【技术领域】

本发明属于机械技术领域，特别是指应用于表面贴装技术(Surface MountTechnology，SMT)中的一种导热垫自动化裁切和粘贴设备。

【背景技术】

随着武器装备中电子设备计算能力的提升和物理尺寸的缩小，作为其成部分之一的芯片的温度控制已成为产品设计着重考虑的关键要素之一。温度的升高会导致设备运行速度减慢、芯片故障发生几率增加等问题，甚至出现器件烧毁等直接威胁产品设计功能的现象。为有效控制芯片温度，在电子电器产品中广泛应用一种导热填充材料，即导热硅胶垫(称导热垫)。导热垫具有优良的热传导率和绝缘性、良好的压缩性以及柔韧性，专门为利用缝隙传递热量的设计方案生产，能够填充缝隙，完成发热部位与散热部位间的热传递，该类产品可任意裁切，利于满足自动化生产和产品维护。同时导热垫还起到减震及绝缘作用，能够满足产品小型化和超薄化的设计要求，作为工艺性和使用性较好的新材料而被广泛应用于电子产品的散热设计中。

在实际生产过程中，由于芯片制造误差、散热板加工误差及芯片贴装误差等原因，电子产品中芯片与散热板之间的实际尺寸与设计尺寸存在一定偏差，导致导热垫设计的厚度值与实际的厚度需求值存在较大偏差，因而需要在SMT现场根据导热垫实际需求的厚度值进行适配。目前导热垫产品型号多样，厚度不一，主要有0.25mm、0.5mm、1mm和2mm，并且单套产品需要粘贴的导热垫尺寸种类及数量较多，有的甚至多达40多种、数量多达100多片。现有导热垫裁切和粘贴模式是首先由现场工人根据芯片尺寸利用刀具手工裁切导热垫，之后再手工粘贴到相应位置，作业效率极低，工人工作量大，严重影响产品交付进度和产品质量。

近年来，随着我国武器装备需求量剧增，对型号产品的生产效率和质量也提出了越来越高的要求。在这样的背景下，目前的导热垫裁切和粘贴方式已不能满足日益增长的产量需求。因此，为了解决导热垫裁切和粘贴难题，提高导热垫裁切和粘贴效率以及产品质量，降低工人工作量，很有必要设计一种导热垫自动化裁切和粘贴设备。

【发明内容】

本发明的目的在于提供一种导热垫自动化裁切和粘贴设备及使用方法，用以解决现有技术中采用人工方式裁切和粘贴导致作业效率极低、工作量大及严重影响产品交付进度和产品质量的问题。

为实现上述目的，实施本发明的导热垫自动化裁切和粘贴设备包括放置导热垫的PVC耐割胶垫、放置PCB板或散热板的测量基板、CCD相机、XYZ模组、超声波切割装置及真空吸取装置，其中CCD相机主要用于自动识别导热垫的尺寸、形状位置和需要粘贴导热垫的位置、XYZ模组带动CCD相机在测量基板上PCB板或散热板正上方进行拍照，自动识别需要粘贴导热垫的位置、XYZ模组带动超声波切割刀裁切对应尺寸和厚度的导热垫，真空吸取装置吸取裁切好的导热垫，在XYZ模组的带动下，运动至对应位置并自动粘贴所述导热垫。

依据上述主要特征，所述导热垫自动化裁切和粘贴设备外部设有一安全防护罩，所述安全防护罩开口处两侧设有两个安全光幕。

依据上述主要特征，所述导热垫自动化裁切和粘贴设备包括一控制面板，所述控制面板上设置有急停、启停、点动和复位开关。

依据上述主要特征，所述导热垫自动化裁切和粘贴设备包括一气密箱，所述气密箱包括四个独立进行控制的气密室，所述气密箱上设置有密封胶条及冲孔金属网板，所述PVC耐割胶垫设置于冲孔金属网板上方，不同规格厚度的导热垫放置在PVC耐割胶垫上，并且冲孔金属网板和PVC耐割胶垫上制有与气密室尺寸相对应的均匀布置、大小合适的通孔。

依据上述主要特征，测量基板上刻有等间距的经纬线及标示，可对PCB板或散热板进行定位，并且测量基板下面设有柔性支座，柔性支座底部安装有磁铁，吸附于测量基板上。

依据上述主要特征，所述导热垫自动化裁切和粘贴设备包括一立型焊接座板，所述XYZ模组、CCD相机超声波切割装置及真空吸取装置均设置在所述立型焊接座板上，所述CCD相机通过一转接安装板设置于所述立型焊接座板上、并且所述转接安装板还设有两个T型轴承座组件、带导杆气缸同步电机及同步带轮，超声波切割装置两端与T型轴承座组件和同步带轮相配合，同步电机通过同步带控制超声波切割刀进行90°循环转动，真空吸取装置设置于带导杆气缸的头部。

依据上述主要特征，所述导热垫自动化裁切和粘贴设备设有一后安装板，所述后安装板上设置有空气调理组合、电磁阀和真空发生器，其中空气调理组合用于净化压缩空气，设置设备需要的压力，电磁阀与空气调理组合通过气管连接，用于控制压缩气体的通断，真空发生器两端分别通过气管与电磁阀和气密箱连接，用于产生负压，立控制气密箱中的四个气密室，使每个气密室都能牢固吸附其上放置的导热垫，当裁切或吸附某一气密室上方放置的导热垫时，该气密室形成负压，其它气密室保持原状。

为实现上述目的，本发明提供一种上述的导热垫自动化裁切和粘贴设备的使用方法，所述方法包括如下步骤：

首先将四种厚度的导热垫和待粘贴导热垫的PCB板或散热板分别放置于PVC耐割胶垫对应位置和测量基板上；

获取当前需要粘贴导热垫的PCB板或散热板的型号及需要粘贴导热垫的位置及需要粘贴的导热垫的厚度值；

XYZ模组带动CCD相机在测量基板上PCB板或散热板上方进行拍照，自动识别需要粘贴导热垫的位置并与该型号的PCB板或散热板的数据进行自动匹配；

XYZ模组带动CCD相机运行至导热垫上方，依次拍摄四块导热垫，自动识别出每块导热垫的尺寸和形状位置；

XYZ模组带动超声波切割刀裁切对应尺寸和厚度的导热垫；

当一块导热垫裁切好后，真空吸取装置吸取裁切好的导热垫，在XYZ模组的带动下，运动至PCB板或散热板的对应位置并自动粘贴所述导热垫。

与现有技术相比较，实施本发明的导热垫自动化裁切和粘贴设备具有操作简单、适用性广、成本低等优点，解决了目前导热垫裁切和粘贴过程中存在的难题，极大地提升了导热垫裁切和粘贴效率，对提升电子产品生产效率和质量具有重要意义，具有较大的应用范围和市场前景。

【附图说明】

图1为实施本发明的导热垫自动化裁切和粘贴设备的具体应用时的示意图。

图2为实施本发明的导热垫自动化裁切和粘贴设备的局部的立体示意图。

图3为实施本发明的导热垫自动化裁切和粘贴设备的控制面板的立体示意图。

图4为图2的后视图。

图5与图6为实施本发明的导热垫自动化裁切和粘贴设备的气密箱7及其附属装置的立体示意图。

图7、图8与图9为实施本发明的导热垫自动化裁切和粘贴设备的CCD相机及超声波切割刀与其附属装置

【具体实施方式】

实施本发明的导热垫自动化裁切和粘贴设备包括放置导热垫的PVC耐割胶垫及放置电路板或散热板测量基板、CCD相机、XYZ模组、超声波切割装置及真空吸取装置，其中CCD相机主要用于自动识别导热垫的尺寸、形状位置和需要粘贴导热垫的芯片/散热凸台的位置、XYZ模组带动CCD相机在测量基板上PCB板或散热板正上方进行拍照，自动识别需要粘贴导热垫的芯片/凸台的尺寸和位置、XYZ模组带动超声波切割刀裁切对应尺寸和厚度的导热垫，真空吸取装置吸取裁切好的导热垫，在XYZ模组的带动下，运动至对应芯片/散热凸台正上方并自动粘贴导热垫紧。

在具体实施时，如图1与图2所示，实施本发明的导热垫自动化裁切和粘贴设备的主体与一超声波发生器35设置于一防静电组合工作桌台1面上，设备控制箱2设置于组合工作桌1吊柜中。另外，实施本发明的导热垫自动化裁切和粘贴设备外部设有一安全防护罩29，所述安全防护罩29由亚克力板和铝合金型材组成，通过铝合金型材专用支架和螺钉设置于防静电组合工作桌1台面上。并且，所述安全防护罩29开口处两侧设有两个安全光幕30，所述两个安全光幕30通过标准安装调整组件安装在安全防护罩29开口两侧，在设备工作时当安全光幕30检测到有物体进入防护罩，设备会立即停机，以保证作业人员安全。

另外，实施本发明的导热垫自动化裁切和粘贴设备包括一安装底座4，所述安装底座4通过四个调节块3设置于防静电组合工作桌1台面上，所述安装底座4通过螺钉与实施本发明的导热垫自动化裁切和粘贴设备的控制面板5、上安装板6和后安装板10连接(容后详述)。

如图3所示，所述控制面板5上设置有急停、启停、点动和复位开关，以保证设备的易用性和安全性。如图4所示，后安装板10上设置有空气调理组合19、电磁阀20和真空发生器31。其中空气调理组合19主要用于净化压缩空气，设置设备需要的压力，电磁阀20与空气调理组合19通过气管连接，主要用于控制压缩气体的通断，真空发生器31两端分别通过气管与电磁阀20和气密箱(容后详述)连接，主要用于产生负压，可独立控制气密箱7中的四个气密室，使每个气密室都能牢固吸附其上放置的导热垫36，当裁切或真空吸盘17吸附某一气密室上方放置的导热垫36时，该气密室形成负压，其它气密室保持原状。

如图5与图6所示，上安装板6上设置有气密箱7、柔性夹持系统和立型焊接座板11。其中气密箱7通过螺钉设置于上安装板6上，包括四个独立的气密室，每个气密室通过气动快速接头9与真空发生器31连接，每个气密室可独立进行控制。气密箱7上设置有密封胶条8、冲孔金属网板24及PVC耐割胶垫25。在具体实施时不同规格厚度的导热垫36放置在PVC耐割胶垫25上，并且冲孔金属网板24和PVC耐割胶垫25上制有与气密室尺寸相对应的均匀布置、大小合适的通孔，可保证导热垫36的可靠吸附。柔性夹持系统主要包括测量基板26、柔性支座27及圆形压块28，其中测量基板26通过两个圆形压块28设置于上安装板6上，并且测量基板26上刻有等间距的经纬线及标示，可对PCB板或散热板37进行粗略定位。柔性支座27一般放置有4-6个，其底部安装有磁铁，可吸附于测量基板26，并可根据实际需求在测量基板上任意移动。柔性支座27顶部设置有5mm高、直径小于支座本体4mm的凸台，可用于支撑和固定PCB板或散热板37。

如图7、图8及图9所示，立型焊接座板11上设置有XYZ模组12和末端执行机构，其中XYZ模组12用于带动末端执行机构在XYZ方向运动。末端执行机构通过转接安装板13设置于Z轴模组滑块上，CCD相机14、电磁阀33、真空发生器34和同步电机21通过安装支座合理设置于转接安装板13上。CCD相机14主要用于自动识别导热垫36的尺寸、形状位置，以及需要粘贴导热垫的芯片/散热凸台的位置。两个T型轴承座组件18和带导杆气缸16通过螺钉与转接安装板13相连接，超声波切割刀15两端与T型轴承座组件18和同步带轮23相配合，同步电机21通过同步带22可控制超声波切割刀15进行90°循环转动。真空吸盘17通过螺钉设置于带导杆气缸16的头部，主要用于吸取裁切好的导热垫36，其吸盘上方配置有弹簧，可保证吸取过程的安全。

在具体实施时，首先将四种厚度的导热垫36和待粘贴导热垫的PCB板或散热板37分别放置于PVC耐割胶垫25对应位置和测量基板26上，其中PCB板或散热板37应按照测量基板26上的经纬线进行对正放置。接着接通电源和气源，启动设备，操作工人通过工控机32调用数据库，调出当前需要粘贴导热垫的PCB板或散热板37的型号批次、需要粘贴导热垫的芯片/凸台位置、芯片/凸台尺寸和每个芯片/凸台需要粘贴的导热垫的厚度值。开始运行后，XYZ模组12带动CCD相机14在测量基板26上PCB板或散热板36正上方进行拍照，自动识别需要粘贴导热垫的芯片/凸台的尺寸和位置并与该型号批次的PCB板或散热板37的数据进行自动匹配。匹配成功后，XYZ模组12带动CCD相机14运行至导热垫36正上方，依次拍摄四块导热垫，自动识别出每块导热垫的尺寸和形状位置，并自动进行裁切路径规划，最大程度降低材料浪费(开机初次使用或每次更换导热垫后需要进行识别)。随后XYZ模组12带动超声波切割刀15裁切对应尺寸和厚度的导热垫36(同步电机21通过同步带轮23及同步带22控制超声波切割刀15循环进行90°旋转，以保证裁切后的导热垫边角光滑规则)，当一块导热垫裁切好后，电磁阀33及真空发生器34动作，控制带导杆气缸16和真空吸嘴17动作，吸取裁切好的导热垫，在XYZ模组12的带动下，运动至对应芯片/凸台正上方，紧接着电磁阀33控制真空发生器34关闭，带导杆气缸16收回，从而令一块导热垫自动粘贴完成，接着设备自动完成剩余导热垫裁切和粘贴作业。

在裁切过程中，如果导热垫36缺料或剩余导热垫尺寸不能满足最小裁切尺寸要求，设备会进行报警。在更换导热垫36后，设备会自动再次拍摄识别更换后导热垫的尺寸及形状位置，并自动从程序断点处接着执行后续程序。在设备运行过程中，如果遇见紧急情况，可迅速按下控制面板5上的急停开关，设备会立即停止运行。同时为保证作业过程及人员安全，当安全光幕30检测到物体进入工作区域时，设备也会立即停止。在设备急停时系统会自动保存作业数据，当紧急情况解除时，可选择继续执行程序或复位。

与现有技术相比较，本发明采用超声波切割装置(上述实施例中为超声波切割刀)进行导热垫裁切作业。相比于传统的裁切方式，超声波切割刀不需要锋利的刀刃和很大的压力，对软性、有弹性和粘性材料裁切时材料不易粘在刀片上，不会造成被裁切材料的崩边或破损，非常适合于导热垫的裁切作业。

同时，本发明采用CCD相机采集导热垫、PCB板和散热板图像信息，并采用相机标定技术，将图像坐标与工件坐标进行转换，实现自动引导XYZ模组进行相应位置测量和导热垫裁切路径自动规划，并结合数据库技术自动进行数据比对和芯片/凸台坐标位置识别，CCD相机具有图像稳定、传输能力和抗干扰能力高等特点。再者，本发明采用真空吸取装置(包括上述实施例中带导杆气缸及真空吸盘)实现导热垫的取放。

另外，本发明采用气密箱形成真空的方式实现四种规格厚度导热垫的可靠吸附，保证超声波切割刀裁切导热垫时，导热垫不会发生位移。同时，本发明采用同步电机、同步带、同步带轮和T型轴承座组件实现超声波切割刀的角度旋转。

与现有技术相比较，实施本发明的导热垫自动化裁切和粘贴设备具有操作简单、适用性广、成本低等优点，解决了目前导热垫裁切和粘贴过程中存在的难题，极大地提升了导热垫裁切和粘贴效率，对提升电子产品生产效率和质量具有重要意义，具有较大的应用范围和市场前景。

可以理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，而所有这些改变或替换都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (8)

1.一种导热垫自动化裁切和粘贴设备，包括放置导热垫的PVC耐割胶垫、放置PCB板或散热板的测量基板、CCD相机、XYZ模组、超声波切割装置及真空吸取装置，其中CCD相机主要用于自动识别导热垫的尺寸、形状位置和需要粘贴导热垫的位置、XYZ模组带动CCD相机在测量基板上PCB板或散热板上方进行拍照，自动识别需要粘贴导热垫的位置，XYZ模组带动超声波切割刀裁切对应尺寸和厚度的导热垫，真空吸取装置吸取裁切好的导热垫，在XYZ模组的带动下，运动至对应位置并自动粘贴所述导热垫。

2.如权利要求1所述的导热垫自动化裁切和粘贴设备，其特征在于：所述导热垫自动化裁切和粘贴设备外部设有一安全防护罩，所述安全防护罩开口处两侧设有两个安全光幕。

3.如权利要求1所述的导热垫自动化裁切和粘贴设备，其特征在于：所述导热垫自动化裁切和粘贴设备包括一控制面板，所述控制面板上设置有急停、启停、点动和复位开关。

4.如权利要求1所述的导热垫自动化裁切和粘贴设备，其特征在于：所述导热垫自动化裁切和粘贴设备包括一气密箱，所述气密箱包括四个独立进行控制的气密室，所述气密箱上设置有密封胶条及冲孔金属网板，所述PVC耐割胶垫设置于冲孔金属网板上方，不同规格厚度的导热垫放置在PVC耐割胶垫上，并且冲孔金属网板和PVC耐割胶垫上制有与气密室尺寸相对应的通孔。

5.如权利要求1所述的导热垫自动化裁切和粘贴设备，其特征在于：所述测量基板上刻有等间距的经纬线及标示，可对PCB板或散热板进行定位，并且测量基板下面设有柔性支座，柔性支座底部安装有磁铁，吸附于测量基板上。

6.如权利要求1所述的导热垫自动化裁切和粘贴设备，其特征在于：所述导热垫自动化裁切和粘贴设备包括一立型焊接座板，所述XYZ模组、CCD相机超声波切割装置及真空吸取装置均设置在所述立型焊接座板上，所述CCD相机通过一转接安装板设置于所述立型焊接座板上、并且所述转接安装板还设有两个T型轴承座组件、带导杆气缸同步电机及同步带轮，超声波切割装置两端与T型轴承座组件和同步带轮相配合，同步电机通过同步带控制超声波切割刀进行90°循环转动，真空吸取装置设置于带导杆气缸的头部。

7.如权利要求4所述的导热垫自动化裁切和粘贴设备，其特征在于：所述导热垫自动化裁切和粘贴设备设有一后安装板，所述后安装板上设置有空气调理组合、电磁阀和真空发生器，其中空气调理组合用于净化压缩空气，设置设备需要的压力，电磁阀与空气调理组合通过气管连接，用于控制压缩气体的通断，真空发生器两端分别通过气管与电磁阀和气密箱连接，用于产生负压，立控制气密箱中的四个气密室，使每个气密室都能牢固吸附其上放置的导热垫，当裁切或吸附某一气密室上方放置的导热垫时，该气密室形成负压，其它气密室保持原状。

8.一种权利要求1所述的导热垫自动化裁切和粘贴设备的使用方法，包括如下步骤：

首先将四种厚度的导热垫和待粘贴导热垫的PCB板或散热板分别放置于PVC耐割胶垫对应位置和测量基板上；

获取当前需要粘贴导热垫的PCB板或散热板的型号及需要粘贴导热垫的位置及需要粘贴的导热垫的厚度值；

XYZ模组带动CCD相机在测量基板上PCB板或散热板上方进行拍照，自动识别需要粘贴导热垫的位置并与该型号的PCB板或散热板的数据进行自动匹配；

XYZ模组带动CCD相机运行至导热垫上方，依次拍摄四块导热垫，自动识别出每块导热垫的尺寸和形状位置；

XYZ模组带动超声波切割刀裁切对应尺寸和厚度的导热垫；

当一块导热垫裁切好后，真空吸取装置吸取裁切好的导热垫，在XYZ模组的带动下，运动至PCB板或散热板的对应位置并自动粘贴所述导热垫。

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