CN114222443A - 可360度旋转的高拾取率的柔性贴片头结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可360度旋转的高拾取率的柔性贴片头结构，解决了如何全方位地对吸附芯片进行角度调整，如何控制吸嘴与芯片间的接触力，以提高贴片精度的问题。将吸嘴组件连接在贴片头芯轴下端，将贴片头芯轴作为空气轴承的内圈，将贴片头芯轴的上端吊接在下环形弹片组件的中心内圈上，下环形弹片组件设置在弹性中轴下端连接的倒扣碗形罩体中，弹性中轴的上端柔性连轴器与贴片头芯轴驱动电机的输出轴连接在一起；通过贴片头芯轴驱动电机的驱动，实现贴片头芯轴在空气轴承中的无阻尼旋转，实现吸嘴的精确旋转，通过贴片头芯轴在空气轴承中的上下移动，以及贴片头芯轴顶端的环形弹片组，在垂直方向上的弹性变形，来吸收芯片对吸嘴的反作用力。

Description

可360度旋转的高拾取率的柔性贴片头结构

技术领域

本发明涉及一种集成电路封装贴片机的贴片头，特别涉及一种可360度旋转的具有高拾取率的高柔性的贴片头结构。

背景技术

集成电路封装贴片工艺流程中，在贴片机的XYZ三轴运动机械臂下方设置有芯片物料区和贴片区，贴片前由运动机械臂前端的吸嘴从芯片料盒中或蓝膜上拾取芯片，拾取时，机械臂XY轴先运动到指定位置，Z轴带动吸嘴开始向下运动，吸嘴与芯片料盒中的芯片接近时，机械臂Z轴减速缓慢移动，当吸嘴前端与芯片上表面接触时，打开吸嘴中空负压电磁阀，吸嘴中空变为负压状态，把芯片吸附到吸嘴前端，Z轴上提，拾取完成；贴片时，运动机械臂XY轴带动吸嘴及芯片物料一起运动到指定位置，Z轴带动吸嘴开始向下运动，芯片与基板接近时，机械臂Z轴减速缓慢移动，当芯片下表面与基板上表面接触时，关闭吸嘴中空负压电磁阀，打开吸嘴中空正压电磁阀，吸嘴中空变为正压状态，芯片与吸嘴脱离，Z轴上提，贴附放置完成；当生产中所用芯片为薄脆型芯片时，拾取和贴片难度都大于普通硅基芯片，吸嘴和芯片接触力不能过大，否则就会损伤芯片；现有设备多采用弹性Z轴的方法来解决芯片拾取和放置时接触力的控制问题，但这种控制结构存在机构复杂，计算机软件编程控制只能适用于特定的一种规格的芯片，当拾取的芯片发生变化时，需要重新进行编程，不能适应多物料，不能自动切换吸嘴，只能具有一种弹性系数，工艺适应范围很有限；如何通过简单的吸嘴的机械变形来解决贴片压力控制的问题，提高柔性变形的高线性度，以适合多种芯片物料，成为现场需要解决的问题。

被拾取的料盒中的芯片一般为长方形或正方形片体，自身重量很轻、很薄、很脆，靠负压吸附抓取在吸嘴上，靠正气压使其脱离吸嘴，个别芯片还带有静电，单靠芯片的自重无法自主脱离吸嘴，需要借助正压力脱离吸嘴；在料盒中一字形排列的芯片，芯片之间的摆放存在角度差异，甚至有些芯片存在180°错误反向放置问题，吸嘴吸附芯片后，需要对芯片的方位进行调整，现有的贴片头的旋转调整角度有限，一般在30°以内范围内，当芯片摆放角度误差超过30°时，只能采用报错提醒，通过人工干预的方式来进行纠偏。

发明内容

本发明提供了一种可360度旋转的高拾取率的柔性贴片头结构，解决了如何全方位地对吸附芯片进行角度调整，以及如何控制吸嘴与芯片间的接触力，以提高贴片精度的技术问题。

本发明是通过以下技术方案解决以上技术问题的：

本发明的总体构思为：将吸嘴组件连接在贴片头芯轴下端，将贴片头芯轴，作为空气轴承的内圈，将贴片头芯轴的上端吊接在下环形弹片组件的中心内圈上，下环形弹片组件设置在弹性中轴下端连接的倒扣碗形罩体中，弹性中轴的上端的柔性连轴器，与贴片头芯轴驱动电机的输出轴连接在一起；通过贴片头芯轴驱动电机的驱动，实现贴片头芯轴在空气轴承中的无阻尼旋转，实现吸嘴的精确旋转，通过贴片头芯轴在空气轴承中的上下移动，以及贴片头芯轴顶端的环形弹片组在垂直方向上的弹性变形，来吸收芯片对吸嘴的反作用力，控制吸嘴与芯片间的接触力，以提高贴片的精度。

一种可360度旋转的高拾取率的柔性贴片头结构，包括芯轴支撑筒体、贴片头轴芯、吸嘴组件和弹性中轴旋转驱动电机，在芯轴支撑筒体的上端面上，固定连接有深沟球轴承外圈，在芯轴支撑筒体的上端固定设置有倒扣的电机支撑桶，在电机支撑桶的顶端面中央处，设置有中心通孔，在电机支撑桶的顶端面上，设置有弹性中轴旋转驱动电机，弹性中轴旋转驱动电机的输出轴，向下穿过中心通孔后，设置在电机支撑桶内腔中，弹性中轴旋转驱动电机的输出轴的下端，通过柔性联轴器与弹性中轴连接在一起，弹性中轴的中部套接在深沟轴承内圈中，在弹性中轴的下端设置有倒扣碗状罩体，倒扣碗状罩体设置在芯轴支撑筒体的上部内腔中，在倒扣碗状罩体的下端口上，设置有下环形弹片组件；在芯轴支撑筒体的下端口上，固定连接有空气轴承外壳，在空气轴承外壳内，设置有空气轴承轴套，在空气轴承轴套内设置有贴片头轴芯，在贴片头轴芯与空气轴承轴套之间，设置有正压空气通过的环形间隙，贴片头轴芯顶端与中部连接轴的下端固定连接在一起，中部连接轴的顶端与下环形弹片组件的中央处固定连接在一起，在中部连接轴上套接有感应测力旋转盘，中部连接轴和感应测力旋转盘是设置在芯轴支撑筒体的下部内腔中的，在感应测力旋转盘下方的空气轴承外壳的顶端面上，设置有感应测力传感器，在贴片头轴芯的下端连接有吸嘴组件。

下环形弹片组件是由外圈环形弹片、第一内圈环形弹片、第二内圈环形弹片、第三内圈环形弹片、第四内圈环形弹片、第五内圈环形弹片和第六内圈环形弹片组成的，在外圈环形弹片中套接有第一内圈环形弹片，在第一内圈环形弹片中套接有第二内圈环形弹片，在第二内圈环形弹片中套接有第三内圈环形弹片，在第三内圈环形弹片中套接有第四内圈环形弹片，在第四内圈环形弹片中套接有第五内圈环形弹片，在第五内圈环形弹片中套接有第六内圈环形弹片，外圈环形弹片、第一内圈环形弹片、第二内圈环形弹片、第三内圈环形弹片、第四内圈环形弹片、第五内圈环形弹片和第六内圈环形弹片，是以同心圆的形式，设置在同一水平面上的；在外圈环形弹片与第一内圈环形弹片之间，连接有第一对“一字形”连接筋片，在第一内圈环形弹片与第二内圈环形弹片之间，连接有第二对“一字形”连接筋片，在第二内圈环形弹片与第三内圈环形弹片之间，连接有第三对“一字形”连接筋片，在第三内圈环形弹片与第四内圈环形弹片之间连接有第四对“一字形”连接筋片，在第四内圈环形弹片与第五内圈环形弹片之间连接有第五对“一字形”连接筋片，在第五内圈环形弹片与第六内圈环形弹片之间连接有第六对“一字形”连接筋片，第一对“一字形”连接筋片是与第二对“一字形”连接筋片彼此相互垂直设置的，第二对“一字形”连接筋片是与第三对“一字形”连接筋片彼此相互垂直设置的，第三对“一字形”连接筋片是与第四对“一字形”连接筋片彼此相互垂直设置的，第四对“一字形”连接筋片是与第五对“一字形”连接筋片彼此相互垂直设置的，第五对“一字形”连接筋片是与第六对“一字形”连接筋片彼此相互垂直设置的；外圈环形弹片与倒扣碗状罩体的下端口固定连接在一起，中部连接轴的上端，从下向上，穿过第六内圈环形弹片的内孔后与固定螺母螺接在一起。

在固定螺母上方的倒扣碗状罩体内，设置有上环形弹片组件，上环形弹片组件结构是与下环形弹片组件的结构完全相同的，上环形弹片组件中的第六内圈环形弹片直径小于固定螺母顶端直径；在上环形弹片组件与下环形弹片组件之间，设置有弹性固定圈。

在贴片头轴芯中分别设置有吸嘴负压气路和物料负压气路；在空气轴承轴套上设置有空气轴承正压气路，在空气轴承轴套与空气轴承外壳之间设置有密封圈。

本发明运用空气轴承结构对贴片头轴芯导向，实现无阻尼的Z向和θ向运动，实现θ轴的360°旋转，通过弹片的变形，来吸收吸嘴对芯片上表面的刚性冲击，保护芯片不被过压损坏，同时还实现了贴片头轴芯与贴片头外壳的柔性连接，保证了吸嘴芯运动轨迹唯一性，提高了吸附稳定性和成功率。

附图说明

图1是本发明的外形结构示意图；

图2是本发明沿轴向剖开后的结构示意图；

图3是本发明的下环形弹片组件208的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行详细说明：

一种可360度旋转的高拾取率的柔性贴片头结构，包括芯轴支撑筒体201、贴片头轴芯210、吸嘴组件214和弹性中轴旋转驱动电机207，在芯轴支撑筒体201的上端面上，固定连接有深沟球轴承外圈202，在芯轴支撑筒体201的上端，固定设置有倒扣的电机支撑桶237，在电机支撑桶237的顶端面中央处，设置有中心通孔238，在电机支撑桶237的顶端面上，设置有弹性中轴旋转驱动电机207，弹性中轴旋转驱动电机207的输出轴，向下穿过中心通孔238后，设置在电机支撑桶237内腔中，弹性中轴旋转驱动电机207的输出轴的下端，通过柔性联轴器206与弹性中轴204的上端连接在一起，弹性中轴204的中部套接在深沟轴承内圈203中，在弹性中轴204的下端设置有倒扣碗状罩体205，倒扣碗状罩体205设置在芯轴支撑筒体201的上部内腔中，在倒扣碗状罩体205的下端口上，设置有下环形弹片组件208；在芯轴支撑筒体201的下端口上，固定连接有空气轴承外壳213，在空气轴承外壳213内，设置有空气轴承轴套211，在空气轴承轴套211内设置有贴片头轴芯210，在贴片头轴芯210与空气轴承轴套211之间，设置有正压空气通过的环形间隙212，贴片头轴芯210顶端与中部连接轴209的下端固定连接在一起，中部连接轴209的顶端与下环形弹片组件208的中央处，固定连接在一起，在中部连接轴209上套接有感应测力旋转盘215，中部连接轴209和感应测力旋转盘215是设置在芯轴支撑筒体201的下部内腔中的，在感应测力旋转盘215下方的空气轴承外壳213的顶端面上，设置有感应测力传感器216，在贴片头轴芯210的下端连接有吸嘴组件214；当启动弹性中轴旋转驱动电机207后，弹性中轴旋转驱动电机207带动弹性中轴204旋转，弹性中轴204的下端设置的倒扣碗状罩体205中的下环形弹片组件208也同步旋转，带动中部连接轴209同步旋转，中部连接轴209带动贴片头轴芯210及其下端的吸嘴组件214同步旋转，从而实现吸嘴组件214上吸附的芯片方位的调整；在环形间隙212中设置的正压空气，实现了作为空气轴承内圈的贴片头轴芯210的无阻尼旋转。

下环形弹片组件208是由外圈环形弹片223、第一内圈环形弹片224、第二内圈环形弹片225、第三内圈环形弹片226、第四内圈环形弹片227、第五内圈环形弹片228和第六内圈环形弹片229组成的，在外圈环形弹片223中套接有第一内圈环形弹片224，在第一内圈环形弹片224中套接有第二内圈环形弹片225，在第二内圈环形弹片225中套接有第三内圈环形弹片226，在第三内圈环形弹片226中套接有第四内圈环形弹片227，在第四内圈环形弹片227中套接有第五内圈环形弹片228，在第五内圈环形弹片228中套接有第六内圈环形弹片229，外圈环形弹片223、第一内圈环形弹片224、第二内圈环形弹片225、第三内圈环形弹片226、第四内圈环形弹片227、第五内圈环形弹片228和第六内圈环形弹片229，是以同心圆的形式，设置在同一水平面上的；在外圈环形弹片223与第一内圈环形弹片224之间，连接有第一对“一字形”连接筋片230，在第一内圈环形弹片224与第二内圈环形弹片225之间，连接有第二对“一字形”连接筋片231，在第二内圈环形弹片225与第三内圈环形弹片226之间，连接有第三对“一字形”连接筋片232，在第三内圈环形弹片226与第四内圈环形弹片227之间连接有第四对“一字形”连接筋片233，在第四内圈环形弹片227与第五内圈环形弹片228之间连接有第五对“一字形”连接筋片234，在第五内圈环形弹片228与第六内圈环形弹片229之间连接有第六对“一字形”连接筋片235，第一对“一字形”连接筋片230是与第二对“一字形”连接筋片231彼此相互垂直设置的，第二对“一字形”连接筋片231是与第三对“一字形”连接筋片232彼此相互垂直设置的，第三对“一字形”连接筋片232是与第四对“一字形”连接筋片233彼此相互垂直设置的，第四对“一字形”连接筋片233是与第五对“一字形”连接筋片234彼此相互垂直设置的，第五对“一字形”连接筋片234是与第六对“一字形”连接筋片235彼此相互垂直设置的；外圈环形弹片223与倒扣碗状罩体205的下端口固定连接在一起，中部连接轴209的上端，从下向上，穿过第六内圈环形弹片229的内孔后与固定螺母236螺接在一起；外圈环形弹片223与倒扣碗状罩体205的下端口固定连接在一起，中部连接轴209的上端，从下向上，穿过第六内圈环形弹片229的内孔后与固定螺母236螺接在一起；当吸嘴组件214接触到芯片时，芯片给吸嘴的反作用力会依次通过贴片头轴芯210和中部连接轴209传递到下环形弹片组件208上的第六内圈环形弹片229上，第六内圈环形弹片229通过第六对“一字形”连接筋片235牵引第五内圈环形弹片228也向上移动，由于第六内圈环形弹片229、第五对“一字形”连接筋片228和第六内圈环形弹片229均为弹性片，使贴片头轴芯210向上移动冲击力被弹性片吸收，将刚性移动变成了柔性移动；该力被环形弹片组件中各圈弹性连接筋片和弹性片层层吸收；本发明的环形弹片组件正是基于此原理设计的，并且将每圈弹性片与其相邻圈弹性片之间的每对“一字形”连接筋片设置相距180度弧度，即相互垂直，从而实现了从内圈导外圈传递向上的移动力时，实现相邻两圈的相互垂直制约，保证了弹性变形合力的竖向垂直，保证了被吸嘴吸附薄脆型芯片的位置不会发生旋转，进而保证了芯片吸附及贴附的准确。

在固定螺母230上方的倒扣碗状罩体205内，设置有上环形弹片组件217，上环形弹片组件217结构是与下环形弹片组件208的结构完全相同的，上环形弹片组件217中的第三内圈环形弹片内孔直径小于固定螺母230顶端直径；在上环形弹片组件217与下环形弹片组件208之间，设置有弹性固定圈218；当贴片头轴芯210受反作用力的作用向上移动的位移较大时，固定螺母230会向上顶接在上环形弹片组件217中的第三内圈环形弹片的下底面上，通过上环形弹片组件217的变形来吸收冲击力，保证吸嘴对芯片的柔性接触。

在贴片头轴芯210中分别设置有吸嘴负压气路219和物料负压气路220，吸嘴负压气路219保证吸嘴组件214与贴片头轴芯210的可靠连接，物料负压气路220用以保证对芯片的抓取和释放；在空气轴承轴套211上设置有空气轴承正压气路221，在空气轴承轴套211与空气轴承外壳213之间设置有密封圈，保证空气轴承的内圈，即贴片头轴芯210的无阻尼旋转和上下移动。

Claims (4)

1.一种可360度旋转的高拾取率的柔性贴片头结构，包括芯轴支撑筒体（201）、贴片头轴芯（210）、吸嘴组件（214）和弹性中轴旋转驱动电机（207），其特征在于，在芯轴支撑筒体（201）的上端面上，固定连接有深沟球轴承外圈（202），在芯轴支撑筒体（201）的上端固定设置有倒扣的电机支撑桶（237），在电机支撑桶（237）的顶端面中央处，设置有中心通孔（238），在电机支撑桶（237）的顶端面上，设置有弹性中轴旋转驱动电机（207），弹性中轴旋转驱动电机（207）的输出轴，向下穿过中心通孔（238）后，设置在电机支撑桶（237）内腔中，弹性中轴旋转驱动电机（207）的输出轴的下端，通过柔性联轴器（206）与弹性中轴（204）连接在一起，弹性中轴（204）的中部套接在深沟轴承内圈（203）中，在弹性中轴（204）的下端设置有倒扣碗状罩体（205），倒扣碗状罩体（205）设置在芯轴支撑筒体（201）的上部内腔中，在倒扣碗状罩体（205）的下端口上，设置有下环形弹片组件（208）；在芯轴支撑筒体（201）的下端口上，固定连接有空气轴承外壳（213），在空气轴承外壳（213）内，设置有空气轴承轴套（211），在空气轴承轴套（211）内设置有贴片头轴芯（210），在贴片头轴芯（210）与空气轴承轴套（211）之间，设置有正压空气通过的环形间隙（212），贴片头轴芯（210）顶端与中部连接轴（209）的下端固定连接在一起，中部连接轴（209）的顶端与下环形弹片组件（208）的中央处固定连接在一起，在中部连接轴（209）上套接有感应测力旋转盘（215），中部连接轴（209）和感应测力旋转盘（215）是设置在芯轴支撑筒体（201）的下部内腔中的，在感应测力旋转盘（215）下方的空气轴承外壳（213）的顶端面上，设置有感应测力传感器（216），在贴片头轴芯（210）的下端连接有吸嘴组件（214）。

2.根据权利要求1所述的一种可360度旋转的高拾取率的柔性贴片头结构，其特征在于，下环形弹片组件（208）是由外圈环形弹片（223）、第一内圈环形弹片（224）、第二内圈环形弹片（225）、第三内圈环形弹片（226）、第四内圈环形弹片（227）、第五内圈环形弹片（228）和第六内圈环形弹片（229）组成的，在外圈环形弹片（223）中套接有第一内圈环形弹片（224），在第一内圈环形弹片（224）中套接有第二内圈环形弹片（225），在第二内圈环形弹片（225）中套接有第三内圈环形弹片（226），在第三内圈环形弹片（226）中套接有第四内圈环形弹片（227），在第四内圈环形弹片（227）中套接有第五内圈环形弹片（228），在第五内圈环形弹片（228）中套接有第六内圈环形弹片（229），外圈环形弹片（223）、第一内圈环形弹片（224）、第二内圈环形弹片（225）、第三内圈环形弹片（226）、第四内圈环形弹片（227）、第五内圈环形弹片（228）和第六内圈环形弹片（229），是以同心圆的形式，设置在同一水平面上的；在外圈环形弹片（223）与第一内圈环形弹片（224）之间，连接有第一对“一字形”连接筋片（230），在第一内圈环形弹片（224）与第二内圈环形弹片（225）之间，连接有第二对“一字形”连接筋片（231），在第二内圈环形弹片（225）与第三内圈环形弹片（226）之间，连接有第三对“一字形”连接筋片（232），在第三内圈环形弹片（226）与第四内圈环形弹片（227）之间连接有第四对“一字形”连接筋片（233），在第四内圈环形弹片（227）与第五内圈环形弹片（228）之间连接有第五对“一字形”连接筋片（234），在第五内圈环形弹片（228）与第六内圈环形弹片（229）之间连接有第六对“一字形”连接筋片（235），第一对“一字形”连接筋片（230）是与第二对“一字形”连接筋片（231）彼此相互垂直设置的，第二对“一字形”连接筋片（231）是与第三对“一字形”连接筋片（232）彼此相互垂直设置的，第三对“一字形”连接筋片（232）是与第四对“一字形”连接筋片（233）彼此相互垂直设置的，第四对“一字形”连接筋片（233）是与第五对“一字形”连接筋片（234）彼此相互垂直设置的，第五对“一字形”连接筋片（234）是与第六对“一字形”连接筋片（235）彼此相互垂直设置的；外圈环形弹片（223）与倒扣碗状罩体（205）的下端口固定连接在一起，中部连接轴（209）的上端，从下向上，穿过第六内圈环形弹片（229）的内孔后与固定螺母（236）螺接在一起。

3.根据权利要求2所述的一种可360度旋转的高拾取率的柔性贴片头结构，其特征在于，在固定螺母（236）上方的倒扣碗状罩体（205）内，设置有上环形弹片组件（217），上环形弹片组件（217）结构是与下环形弹片组件（208）的结构完全相同的，上环形弹片组件（217）中的第六内圈环形弹片（229）直径小于固定螺母（236）顶端直径；在上环形弹片组件（217）与下环形弹片组件（208）之间，设置有弹性固定圈（218）。

4.根据权利要求1或3所述的一种可360度旋转的高拾取率的柔性贴片头结构，其特征在于，在贴片头轴芯（210）中分别设置有吸嘴负压气路（219）和物料负压气路（220）；在空气轴承轴套（211）上设置有空气轴承正压气路（221），在空气轴承轴套（211）与空气轴承外壳（213）之间设置有密封圈。

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