CN115866921B - 一种贴装模组及其标定方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种贴装模组及其标定方法，其包括依次并列设置的供料工位、校正工位与贴装工位、设置在所述供料工位处的芯片供料机构、设置在所述校正工位处的校正机构、设置在所述贴装工位处的平台移载机构、为所述平台移载机构自动供应基板的基板供料机构以及贴装机构，所述贴装机构水平活动设置在X轴横梁上且移载范围覆盖所述供料工位、所述校正工位与所述贴装工位；所述供料工位、所述校正工位以及所述贴装工位的上方均设置有一个视觉相机，所述贴装机构的移载范围下方设置有吸嘴存储库。本发明能够提供稳定可靠的贴装压力，且贴装力灵活可调，没有延迟。

Description

一种贴装模组及其标定方法

技术领域

本发明涉及芯片贴装设备技术领域，更具体地说，本发明涉及一种贴装模组及其标定方法。

背景技术

在智能贴装设备中，需要利用贴装头将贴附的元器件从放置位置抓取至基板位置，并通过贴装头Z轴方向的移动完成对元件的贴装，在贴装过程中，对贴装力的控制精度将直接影响贴装质量，尤其是在高速的芯片贴装工艺中，对于贴装时的贴装压力与按压行程控制的精度要求更加严格。目前吸取芯片的方式大多采用真空吸嘴吸取，将旋转执行机构整体安装在线性导轨上，真空吸嘴安装在旋转执行机构的旋转末端，在旋转执行机构上设置有压力控制部件，此种结构由于安装在线性导轨上的可动部分负载大，在吸嘴高速运动时，惯性大，故需要设计一些配重结构来提供较大的力以使得在高速运动过程中，可动部分保持相对静止。同时，在贴装时，对芯片的贴片压力也是需要严格控制的，过大会容易压裂芯片，过小又容易出现芯片贴装不牢固的现象发生，因此，在贴装工艺中对于芯片的贴装压力都是有具体的大小要求的，对应的，在贴装设备中也会设计实时监测贴装压力的压力监测机构。

如现有技术中专利公开号为CN113873781B公开的一种贴装头，其通过设置了恒力弹簧组件来对可动部分进行配重，以减小高速贴装过程中的冲击力，避免损坏工件；但恒力弹簧组件提供的恒力大小一般不能调整，当贴装头整体发生结构变化后需要整体更换恒力弹簧组件，一方面会造成浪费另一方面还得进行拆卸与安装操作，费时费力；且该贴装头并没有实现贴装力大小的精准控制与监测，无法提供稳定的贴装压力。

又如专利公开号为CN115442979A公开的一种压力实时监测反馈的贴片系统及监测控制方法，其在Z轴移载活动末端设置压力传感器，然后将贴装头设置在压力传感器的感应端，利用压力传感器实时监测贴装时的贴装压力，但压力传感器的数据采集以及数据传输需要消耗时间，存在通讯延迟，通讯延迟的存在使得贴装压力可能不稳定，甚至是压坏芯片，因此难以满足高速贴装的工艺需求。

因此，有必要提供一种新的贴装模组及其标定方法来解决上述技术问题。

发明内容

本发明的主要目的之一在于提供一种贴装模组，能够提供稳定可靠的贴装压力，且贴装力灵活可调，没有延迟。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种贴装模组，其包括支撑板、设置在支撑板上的第一驱动件以及设置在所述第一驱动件活动端的贴装头，所述第一驱动件包括固定在所述支撑板上的定子以及与所述定子适配能够上下运动的动子，所述支撑板上设置有压缩弹簧，所述压缩弹簧的一端顶持着所述支撑板上一个朝下的限位面且另一端顶持着所述动子，所述第一驱动件对所述动子提供有向上的第一压力F₁，所述动子在所述第一压力F₁的作用下稳定保持在设定高度位置并压缩所述压缩弹簧。

进一步的，所述支撑板在执行设定贴装行程下压时进一步压缩所述压缩弹簧，待所述设定贴装行程执行到位时，所述压缩弹簧产生有向下的第二压力F₂₁，且所述第一压力F₁与所述第二压力F₂₁满足以下关系：

F₀=F₂₁+ F₃- F₁，

其中，F₀为设定贴装压力，F₃为由所述动子和所述贴装头构成的可动部分的自身重力。

进一步的，所述支撑板上设置有驱动所述贴装头旋转的第二驱动件。

进一步的，所述支撑板设置在贴装设备中Z轴移载模组的活动末端。

进一步的，所述第一驱动件为音圈电机。

进一步的，所述支撑板上设置有限定所述动子运动上限位置的上限位块以及限定所述动子运动下限位置的下限位块。

本发明的另一目的在于提供一种如上述贴装模组的标定方法，所述支撑板上设置有光栅读取头，所述贴装头上设置有Z向分布的且与所述光栅读取头配合的光栅尺；所述标定方法包括以下步骤：

S1、在所述贴装头的正下方设置一个压力感测件，所述压力感测件的感应面朝上，所述第一驱动件处于断电状态，所述动子坐落在下限位块上；

S2、所述支撑板缓慢下降使得所述贴装头逐渐靠近所述压力感测件，当所述贴装头的底部坐落在所述压力感测件上后，所述支撑板继续下降，所述光栅读取头检测到光栅尺位移数据发生变化，所述定子相对于所述动子下降至设定位置范围；

S3、所述支撑板继续下降设定贴装行程的距离后停止，所述压缩弹簧被压缩至芯片贴装到位时的弹性压缩量；此时所述压力感测件上显示有压力数据，该压力数据为所述动子和所述贴装头的自身重力之和；

S4、所述第一驱动件上电，在其工作电流范围内按照设定的电流差值逐个输入给所述第一驱动件，并同时记录所述压力感测件上的压力数据，得到输入电流-贴装压力数据表，完成在该设定贴装行程下贴装压力的标定。

进一步的，在贴装芯片时，根据所需的贴装压力查找所述输入电流-贴装压力数据表，得到对应的输入电流值，将所述输入电流值输入所述第一驱动件中。

本发明一种贴装模组及其标定方法与现有技术相比的有益效果在于：在贴装模组中设置音圈电机，将贴装头设置在音圈电机的动子上，利用音圈电机对动子提供一个向上的驱动力，同时配合设置一个压缩弹簧，对动子提供一个向下的弹性压力，对由动子和贴装头组成的可动部分形成一个稳定可靠的力控系统；该力控系统中，音圈电机对动子的驱动力一部分抵消了该可动部分的重力，达到重力补偿的作用，大大降低了可动部分在高速运动过程中的冲击力和惯性，消除了抖动；抵消了压缩弹簧一部分的弹性压力，压缩弹簧剩下部分的弹性压力即为作用在芯片上的贴装压力；通过对力控系统中音圈电机对动子产生的驱动力大小的精准控制以及灵活调节，即可精准控制贴装压力，并可灵活调节贴装压力，以满足各种不同贴装压力的需求；贴装头执行贴装动作时，待完成设定贴装行程的一瞬间，贴装头作用到芯片上的压力即为设定贴装压力，不存在通讯延迟，提高了高速贴装过程的可靠性与安全性；本贴装模组能够提供可靠的、稳定的且精度高的贴装压力，且贴装压力可根据不同的贴装行程灵活可调，满足了高速高精度贴装的工艺需求。

附图说明

图1为本发明实施例的结构示意图；

图2为本发明实施例的部分前视结构示意图；

图3为本发明实施例中可动部分的受力示意图；

附图标记为：

100-贴装模组；

1-支撑板；2-第一驱动件，21-定子，22-动子；3-第二驱动件；4-贴装头；5-压缩弹簧；6-光栅读取头；7-下限位块；8-上限位块。

具体实施方式

请参照图1-图3，本实施例为一种贴装模组100，其包括支撑板1、设置在支撑板1上的第一驱动件2与第二驱动件3以及设置在第一驱动件2活动端且受第二驱动件3驱动进行旋转的贴装头4，第一驱动件2包括固定在支撑板1上的定子21以及与定子21适配能够上下运动的动子22，支撑板1上设置有压缩弹簧5，压缩弹簧5的一端顶持着支撑板1上一个朝下的限位面且另一端顶持着动子22。

本实施例中，贴装头4主要用于吸附拾取芯片，第二驱动件3主要用于驱动贴装头4旋转对芯片进行角度位置调整。第二驱动件3的旋转端通过传动带与贴装头4中的转轴连接实现同步旋转。

支撑板1在贴装设备中设置在Z轴移载模组的活动末端，通过所述Z轴移载模组实现贴装头4在Z轴方向上的移动。

本实施例中第一驱动件2采用音圈电机，其定子21固定设置在支撑板1上，动子22相对于定子21可上下运动。本实施例中，第一驱动件2输入有设定电流以给动子22施加有稳定且方向向上的驱动力，所述驱动力使得动子22保持在稳定的高度位置并挤压压缩弹簧5，保障压缩弹簧5处于设定压缩量状态。

考虑到现有技术中的贴装头结构复杂，体积大，空间占用大，因此本实施例中的第一驱动件2一方面用于进行配重，利用第一驱动件2可实现对贴装头4实现重力补偿，消除贴装头4在Z轴方向上高速移载时的冲击力，提高贴装稳定性和安全性。同时，本实施例中的第一驱动件2在另一方面还用于为贴装头4提供稳定的贴装压力。具体的，通过对第一驱动件2的输入电流的控制，可为动子22提供一个稳定且恒定的第一压力F₁，第一压力F₁的方向向上；在贴装时，贴装头4吸附芯片放置到基板上，此时贴装头4与芯片均不会发生Z轴方向的位移，但支撑板1在所述Z轴移载模组的驱动下会下降设定行程S₁，该行程即为贴装行程，当支撑板1下降S₁距离时压缩弹簧5的弹性形变量也会增加S₁，压缩弹簧5对由动子22和贴装头4构成的可动部分产生一个第二压力F₂₁，第二压力F₂₁的方向向下；为了保障支撑板1下降到位时施加给芯片的贴装压力为设定贴装压力F₀，则通过控制第一压力F₁的大小即可保障所述可动部分施加到芯片上的压力Fa等于设定贴装压力F₀。

通过对所述可动部分的受力系统分析，当支撑板1下降S₁距离时，所述可动部分所受的作用力包括压缩弹簧5产生的第二压力F₂₁、定子21配合产生的第一压力F₁以及所述可动部分的自身重力F₃，所述可动部分作用到芯片上的压力Fa计算公式如下：

Fa=F₂₁+F₃-F₁，

令Fa= F₂₁+F₃-F₁=F₀，则计算得到F₁= F₂₁+F₃-F₀。由于在贴装到位时，压缩弹簧5的压缩量是可以测量出来，进而F₂₁便是已知的，所述可动部分的自身重力F₃也是已知的，且设定贴装压力F₀也是给定的，因此，第一压力F₁便可通过上述公式计算出来。

通过第一驱动件2音圈电机提供稳定向上的支撑力，将贴装头4与动子22自身的重力抵消且抵消掉了压缩弹簧5的部分弹力，使得贴装头4在设定贴装行程位置处施加于芯片上的压力等于设定贴装压力F₀，进而实现了稳定可靠的贴装。本实施例当支撑板1在芯片放置到基板上后继续下降S₁距离的贴装行程，则芯片受到的贴装压力就是设定贴装压力F₀，无需配置额外的压力监测组件来监测贴装压力，也不存在数据采集与数据传输，因此不存在通信延迟，进而贴装压力更加稳定可靠。

支撑板1上设置有限定动子22运动上限位置的上限位块8以及限定动子22运动下限位置的下限位块7。

第一驱动件2提供的第一压力F₁可采用标定的方式实现，为了方便本实施例进行标定，支撑板1上还设置有光栅读取头6，贴装头4上设置有Z向分布的光栅尺（图中未标识），光栅读取头6配合光栅尺使用，本实施例中贴装模组100的贴装压力标定方法如下：

S1、在贴装头4的正下方设置一个压力感测件，如压力传感器，所述压力感测件的感应面朝上，第一驱动件2处于断电状态，动子22坐落在下限位块7上；

S2、支撑板1缓慢下降使得贴装头4逐渐靠近所述压力感测件，当贴装头4的底部坐落在所述压力感测件上后，支撑板1继续下降，光栅读取头6检测到的光栅尺位移数据发生变化，定子21相对于动子22下降至设定位置范围，保障动子22在其有效的工作行程范围内；

S3、支撑板1继续下降设定贴装行程的距离，然后停止下降，压缩弹簧5此时的压缩量即为芯片贴装到位时的弹性压缩量；此时所述压力感测件上显示有压力数据，该压力数据为所述可动部分的自身重力F₃与压缩弹簧5的弹性压力F₂₁两者之和；

S4、第一驱动件2上电，在其工作电流范围内按照设定的电流差值逐个输入给第一驱动件2，并同时记录所述压力感测件上的压力数据，得到输入电流-贴装压力数据表，完成在该设定贴装行程下贴装压力的标定；

S5、在贴装芯片时，根据所需的贴装压力查找所述输入电流-贴装压力数据表，得到对应的输入电流值，通过对第一驱动件2输入所述输入电流值，即可保障贴装模组贴装时产生稳定且精准的贴装压力。

以上所述的仅是本发明的一些实施方式。对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种贴装模组，其特征在于：其包括支撑板、设置在支撑板上的第一驱动件以及设置在所述第一驱动件活动端的贴装头，所述第一驱动件包括固定在所述支撑板上的定子以及与所述定子适配能够上下运动的动子，所述支撑板上设置有压缩弹簧，所述压缩弹簧的一端顶持着所述支撑板上一个朝下的限位面且另一端顶持着所述动子，所述第一驱动件对所述动子提供有向上的第一压力F₁，所述动子在所述第一压力F₁的作用下稳定保持在设定高度位置并压缩所述压缩弹簧。

2.如权利要求1所述的贴装模组，其特征在于：所述支撑板在执行设定贴装行程下压时进一步压缩所述压缩弹簧，待所述设定贴装行程执行到位时，所述压缩弹簧产生有向下的第二压力F₂₁，且所述第一压力F₁与所述第二压力F₂₁满足以下关系：

F₀=F₂₁+ F₃- F₁，

其中，F₀为设定贴装压力，F₃为由所述动子和所述贴装头构成的可动部分的自身重力。

3.如权利要求1或2所述的贴装模组，其特征在于：所述支撑板上设置有驱动所述贴装头旋转的第二驱动件。

4.如权利要求1或2所述的贴装模组，其特征在于：所述支撑板设置在贴装设备中Z轴移载模组的活动末端。

5.如权利要求1或2所述的贴装模组，其特征在于：所述第一驱动件为音圈电机。

6.如权利要求1或2所述的贴装模组，其特征在于：所述支撑板上设置有限定所述动子运动上限位置的上限位块以及限定所述动子运动下限位置的下限位块。

7.一种如权利要求1所述贴装模组的标定方法，其特征在于：所述支撑板上设置有光栅读取头，所述贴装头上设置有Z向分布的且与所述光栅读取头配合的光栅尺；所述标定方法包括以下步骤：

S1、在所述贴装头的正下方设置一个压力感测件，所述压力感测件的感应面朝上，所述第一驱动件处于断电状态，所述动子坐落在下限位块上；

S2、所述支撑板缓慢下降使得所述贴装头逐渐靠近所述压力感测件，当所述贴装头的底部坐落在所述压力感测件上后，所述支撑板继续下降，所述光栅读取头检测到光栅尺位移数据发生变化，所述定子相对于所述动子下降至设定位置范围；

S3、所述支撑板继续下降设定贴装行程的距离后停止，所述压缩弹簧被压缩至芯片贴装到位时的弹性压缩量；此时所述压力感测件上显示有压力数据，该压力数据为所述动子和所述贴装头的自身重力之和；

S4、所述第一驱动件上电，在其工作电流范围内按照设定的电流差值逐个输入给所述第一驱动件，并同时记录所述压力感测件上的压力数据，得到输入电流-贴装压力数据表，完成在该设定贴装行程下贴装压力的标定。

8.如权利要求7所述的标定方法，其特征在于：在贴装芯片时，根据所需的贴装压力查找所述输入电流-贴装压力数据表，得到对应的输入电流值，将所述输入电流值输入所述第一驱动件中。

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