CN1170334A

CN1170334A - 元件安装装置

Info

Publication number: CN1170334A
Application number: CN97101872A
Authority: CN
Inventors: 冈崎忠雄; 元永植
Original assignee: Samsung Aerospace Industries Ltd
Current assignee: Hanwha Aerospace Co Ltd
Priority date: 1996-01-29
Filing date: 1997-01-29
Publication date: 1998-01-14
Anticipated expiration: 2017-01-29
Also published as: CH691420A5; DE19702866A1; JP3677108B2; KR970060350A; US5850683A; CN1097421C; TW353262B; JPH09214188A; KR100254263B1

Abstract

一种元件安装装置具有以相对装配头的支架逆时针或顺时针旋转的偏心凸轮,以及接触该偏心凸轮并与吸头联接的从动杆。当通过偏心凸轮旋转装置以预定的角度旋转偏心凸轮时,吸头上下运动。因此,具有结构简化的吸头能迅速地运动。

Description

元件安装装置

本发明涉及一种在印刷电路板上自动安装诸如半导体器件等电子元件的元件安装装置。

元件安装装置，比如说芯片安装器，用于在印刷电路板上自动安装诸如IC或LSI半导体器件、二极管、电容或电阻器那样的电子元件。这种元件安装装置是由导轨、元件台和装配头构成的。有着印刷板支撑台功能的导轨将印刷电路板引导到预定的位置，元件台用来支撑将要安装到印刷电路板上的各种元件，装配头在X-Y坐标平面内移动以将由元件台支撑的电子元件传送到要安装的印刷电路板上。

该装配头有多个使用真空压力来拾取电子元件的吸头。这些吸头安装在该装配头上以相对印刷板支撑台和元件台上下移动。

一种电动马达或者空气压力汽缸用作使吸头上下动作的装置。尽管有控制吸头运动速度的优点，但使用电动马达作为吸头的驱动装置会增加包含控制系统在内的装配头的制造成本。

另一方面，使用气压汽缸使吸头上下运动可以使制造成本降低，然而吸头垂直方向的运动速度不能准确地控制。另外，使用气压汽缸会出现另一问题，即通过将吸头与空气压力汽缸的活塞杆联接使活塞杆的往复运动变成吸头的垂直运动，为了提高元件安装效率而增加活塞杆的垂直运动速度就会产生活塞杆往复运动终端的冲击。因此这就限制了活塞杆运动速度的增加。

为了克服上面提及的问题，本发明的目的在于提供一种改进了的元件安装装置，用于快速移动简化后的吸头。

本发明的另一个目的是提供一种能使吸头以不同速度上下运动的改进后的元件安装装置。

为了实现上述目的，提供了一种将元件台上的元件安装到印刷电路板上的元件安装装置，它包括：在元件台和印刷电路板间可移动地安装的装配头；与装配头联接的支架；用于拾取元件并与支架联接的吸头；与支架旋转联接的偏心凸轮；使偏心凸轮旋转的装置；及与偏心凸轮的凸轮表面接触并与吸头并联的从动杆，以便当偏心凸轮旋转装置使偏心凸轮旋转预定的角度时，吸头能上下运动。

偏心凸轮旋转装置最好包含已安装上的齿条部件，以便实现相对支架作往复线性运动，而且当该齿条部件在一个方向上线性运动时，偏心凸轮旋转预定的角度。

最好是当偏心凸轮以预定的角度旋转时，偏心凸轮使得吸头在最高和最低位置之间运动，偏心凸轮设计成这样的形状，以便通过偏心凸轮的旋转使吸头向上和向下运动的速度不同。

最好是这样设计偏心凸轮的表面形状，即当偏心凸轮在一个方向上旋转时，吸头慢慢地向下运动和快速地向上运动，而当偏心凸轮在另一方向上旋转时，吸头快速向下运动和慢慢地向上运动。

预定角度最好为360°或者180°。

最好是支架安装在装配头内，以便通过支架运动装置使装配头向上和向下运动适当的高度，以使吸头的垂直运动距离可以变化。

结合说明书附图对本发明的优选实施例进行详细的描述，将使得本发明的目的和优点变得更显而易见。

图1是根据本发明的一实施例元件安装装置的平面图；

图2是图1所示装置的正视图；

图3是图1和图2所示装配头的详细剖视正视图；

图4A是沿图3IVa-IVa线的剖视图；

图4B是沿图4AIVb-IVb线的剖视图；

图5是图3所示的装配头的左视图；

图6是沿图3VI-VI线的剖视图；

图7是图3所示装配头的仰视图；

图8A和图8B是改进偏心凸轮实例中表示偏心凸轮的旋转方向和吸头的垂直运动间相互关系的示意图。

参照图1和图2，本发明一实施例的元件安装装置具有彼此相互平行设置的一对水平支撑件1和2以及分别和水平支撑件1和2连接的导轨3和4，和水平支撑件1和2正交且其端部分别与导轨3和4连接的横梁5，它在Y轴方向上沿水平支撑件1和2在导轨3和4上移动，头部单元6与横梁5滑动连接，通过横梁5的引导使头部单元6在X轴方向上运动。

为了使横梁5在Y方向上移动，由马达7驱动的丝杠8与水平支撑件2联接并可旋转。丝杠8与横梁5的一端部联接并可旋转。一个啮合轴10平行地安装在横梁5上。固定在啮合轴10两端的小齿轮11和12分别与固定在水平支撑件1和2上的齿条13和14啮合，因此，当马达7驱动丝杠8时，横梁5在Y方向上移动且与齿条13和14啮合的小齿轮11和12旋转。同时，如图2所示，齿条13定位在导轨4的上面。

丝杠15装在横梁5上并可旋转以使头部单元6沿X方向运动。丝杠15与头部单元6螺旋联接并且由装在马达16主轴上的带轮(未示出)和装在丝杠15上的带轮(未示出)的同步带驱动。

一对导引件21和22平行地安装在水平支撑件1和2的下面，并在与部件1和2垂直的方向上延伸。导引件21和22构成一个用于在X方向上运载印刷电路板20的传送装置。导引件21根据印刷电路板20的尺寸可以移向导引件22，也可远离导引件22而后退。

在导引件21和22形成的传送装置两侧提供用以支撑电子元件W的多个元件台23。为了把每个元件台23上的元件装配到印刷电路板20上，在头部单元6上安装一组装配头24。

如图2所示，每个装配头24有一吸头，即能上下动作的吸嘴。吸头25可拾取元件台23上的电子元件W，并在横梁5沿水平支撑件1和2在Y方向(图1)移动的同时，装配头24沿横梁5在X方向移动时，把电子元件装配在印刷电路板20的预定位置上。为了拾取电子元件W，吸头25首先向下朝着预定的元件台23移动，然后向上朝印刷电路板20的预定位置移动。

此后，通过降低吸头25，电子元件W就安装在印刷电路板20的预定位置上。吸头25具有与真空泵27连接的一空腔26。电子元件W在真空泵27向空腔26提供的真空压力下被拾取和夹持而靠在吸头25的前端。

图3至图7详细地表示了装配头24。支撑板31(图3中)与构成头部单元6的基座30相结合。如图3和图4A所示，支撑板31与具有在垂直方向上延伸的一对导轨32和33的支撑块34相结合。支架35相对导轨32和33可垂直滑动地安装着，并具有可分别沿导轨32和33滑动的滑动块36和37。

如图3所示，支架35的下部35a由螺栓39连接到水平托架38上。水平托架38联接到与支撑板31相连的空气压力汽缸41的连杆42上。空气压力汽缸41包含在支架移动装置中以便使支架35上下运动。而且当空气压力汽缸41工作时，支架35沿着导轨32和33上下运动。用这种方法，如后面所述，通过改变支架35的垂直位置，可以改变垂直运动吸头25的最高(最低)位置。

用螺钉(未示出)将驱动块43联接到支架35上，驱动块43具有多个垂直延伸的空气压力室44，每个压力室包括上和下压力室(未示出)。

如图5所示，由供给每个空气压力室43的压缩空气驱动的活塞杆45相对驱动块43上、下运动。

通过与活塞杆45螺旋联接的联接部件46和47，每个活塞杆45(图3中)联接到齿条部件48上。当压缩空气送入空气压力室44的下压力室时，活塞杆45与齿条部件48一起向上运动。另一方面，当压缩空气送入空气压力室44的上压力室时，活塞杆45与齿条部件48一起向下运动。在图3中，齿条部件48处在最高位置。齿条部件48包含于后面所述的用于一偏心凸轮旋转的装置中。导杆51联接到下部联接部件47上，并可滑动地插入驱动块43中形成的导孔(未示出)内，以便引导齿条部件48向上和向下运动。

为了控制进入空气压力室44的上、下压力室的压缩空气量，如图5所示在驱动块43中安装了电子阀49。

如图6所示，吸嘴支撑块52固定在支架35的下部35a上。上下滑动的多个主轴53(spindles)安装在吸嘴支撑块52中。吸嘴夹具54通过轴承(未示出)安装在吸嘴支撑块52下部的主轴53下端的外围上并可转动。每个吸嘴夹具具有能够上下运动以拾取元件的吸头25。吸头25相对吸嘴夹具54不能旋转。当主轴53向下运动时，吸头25同时向下运动，从吸嘴夹具54向外伸出，反之亦然。

由主轴53驱动的吸头25并不直接同主轴53联接。一个弹簧(未示出)设置在吸头25的上端和主轴53的下端之间。因此，当主轴53从它的最高位置开始向下运动时，只有主轴53运动。在主轴53进一步作预定运动以后，吸头25克服安置在它们之间弹簧的弹力而向下运动。

如图3所示，主轴53具有与吸头25的空腔26相连的吸孔55。空腔孔26连接到真空泵27上，该泵27从吸头25的前端开口吸入周围的空气，从而拾取电子元件W(图2所示)。吸嘴支撑块52与主轴53由它们间附着的密封材料57密封。

如图6所示，支撑轴61水平固定在驱动块43上，并且有多个分别与齿条部件48啮合并稳转安装小齿轮62。偏心凸轮63固定在每个小齿轮62上。如图3所示，偏心凸轮63有最小的直径部分A和最大的直径部分B。

通过上下运动，每个活塞杆45经齿条部件48驱动小齿轮62，并且由小齿轮62驱动偏心凸轮63。同时，确定齿条部件48和与其啮合的小齿轮62的齿数，使齿条部件48在完成其最高和最低位置间的一个冲程时，小齿轮62旋转360°。

与每个主轴53螺旋联接的从动杆64与每个偏心凸轮63的外圆周表面接触，也就是与凸轮表面接触。通过安装在吸嘴支撑块52和从动杆64间的压缩螺旋弹簧65向从动轮施加弹力以将其压在凸轮表面上。因此，通过旋转偏心凸轮63，主轴53上下运动，从而使吸头25上下动作。

因此，由于偏心凸轮63旋转一次，也就是在活塞杆45上升或下降的一个冲程内转动360°，所以它能够使吸头25运动两个冲程，吸头25的运动速度是活塞杆45的两倍。因此，由于不需要增加活塞杆45的运动速度，所以避免在最高或最低位置处的冲击，其寿命将增加，而且减小了冲击噪声。

如图3所示，马达71和水平托架38联接。同步带73绕过固定在马达71主轴上的带轮72和每个吸嘴夹具54。如图7所示，在吸嘴支撑块52的下面提供惰轮74。同步带73依次和吸嘴夹具54和惰轮74接触，及以相同的方向旋转吸嘴夹具54和吸头25，吸头25相对吸嘴夹具54不旋转。马达71包含于旋转吸头25的装置中。

为了使用固定在水平托架38上的传感器76检测吸嘴夹具54的转速，在皮带轮72上放置有一个圆盘75。

根据本发明，吸头25的数目不受本实施例所限制，而是可以根据制造过程适当地确定该数目。此外，由于在装配头24中多个吸头25可以分别操作，该装配头24可以顺序地移动至元件台23，从而用吸头25拾取不同种类的电子元件W。在这种情况下，吸头25中仅有一个能上下运动到每个元件台23。

然后将描述把电子元件W安装到印刷电路板20上的操作过程。首先，如图3所示由空气压力汽缸41通过水平托架38将支架35置于相对支撑板31的最高位置，而且活塞杆45相对支架35处在最高的位置。接着，如图1所示，装配头24沿横梁5在X方向上运动，横梁5同时沿着导轨3和4在Y方向上运动。因此吸头25位于预定元件台23上的电子元件W(图2)上面。

在这种情况下，当通过操作电子阀49使活塞杆45(图3)向下运动时，通过齿条部件48，偏心凸轮63逆时针旋转，从动杆64向下运动，同时接触最小直径部分A，然后接触偏心凸轮63的最大直径部分B。因此使得吸头25在它的最低位置接触电子元件并通过操作真空泵27拾取元件W。当从动杆64在相同的旋转方向上接触偏心凸轮63的最大直径部分B、然后接触最小直径部分A时，从动杆64向上运动，由吸头25夹持的电子元件W向上运动。当齿条48运动到它的最低位置时，偏心凸轮63旋转一周，也就是360度，而且从动杆64返回到原始接触位置，也就是最小直径部分A。通过这一过程，吸头25从元件台23拾取电子元件W。

接着通过使支架35向上运动以及装配头24水平运动，元件W传送到印刷电路板20的预定位置上。当该传送完成时，活塞杆45与上述相反的顺序向上运动。接着通过齿条部件48使偏心凸轮63以相反的方向旋转，以及使吸头25移向和离开印刷电路板20在吸头25的最低位置处将电子元件W安装在印刷电路板20上。

同时，如上所述，水平运动装配头24，通过空气压力汽缸41使支架35向上运动，从而改变吸头25的垂直位置。然而，在装配头24水平运动期间，例如当装配头24水平运动而在印刷电路板20上没有安装高出来的较大元件期间，当吸头25避免与其它部件或元件的干涉时，并不需要使支架35向上运动。也就是通过吸头25的上下运动，装配头24可以简单地水平运动。

图8A和图8B表示偏心凸轮的改进实施例，这里对应与以前附图所示那些元件用相同的序号表示。本实施例的偏心凸轮63具有将吸头25置于其最高位置的最小直径部分A′和将吸头25置于其最低位置的最大直径部分B′，以及位于最小直径部分A′和最大直径部分B′间的快速运动区域θ₁和慢速运动区域θ₂。

当偏心凸轮163逆时针旋转时，从动杆164接触快速运动区域θ₁、然后接触慢速运动部分θ₂，当偏心凸轮163顺时针旋转时，从动杆64接触慢速运动区域θ₂、然后接触快速运动区域θ₁。快速运动区域θ₁的中心角设置成小于慢速运动区域θ₂的中心角。

图8A示出了通过降低活塞杆45(见图3)使偏心凸轮163逆时针旋转360度，从而使吸头25上下运动。在这里吸头25位于最高位置，同时从动杆64与最小直径部分A′接触。然后，当偏心凸轮163逆时针旋转时，从动杆64首先接触快速运动区域θ₁的凸轮表面，然后向下运动。当偏心凸轮163继续旋转直到最大直径部分B′到达从动杆64时，吸头25保持在最低位置。

由于偏心凸轮163的最大直径部分B′的预定范围具有从支撑轴61的旋转中心算起的恒定的半径，吸头25在它的最低位置停止预定的时间t₁。然后，当偏心凸轮163按相同的方向继续旋转时，从动杆64接触慢速运动区域θ₂的凸轮表面，吸头25响应在该区域的半径变化而运动到它的最高位置。

由于快速运动区θ₁和慢速运动区θ₂的中心角的不同，从动杆64从最高位置到最低位置快速运动，反过来从最低位置到最高位置慢速运动。同样，当偏心凸轮163如图8B所示顺时针旋转360°时，从动杆64沿着慢速运动区域θ₂连续地向下运动直到它接触到最大直径部分B′。因此，吸头25慢速地运动到最低位置。然后，经过预定时间t₁的暂停以后，当偏心凸轮163按相同的方向继续旋转时，从动杆64比向下运动要快地向上运动。

如图8的理想图形所示，凸轮表面的轮廓，也就是快速运动区域和慢速运动区域的轮廓可以修改。

为了从元件台23上拾取电子元件W(图2所示)最好是吸头25迅速向下并朝着元件台23上的电子元件W运动，并且在拾取元件W后较慢地朝上运动。这是为了使这个过程能有效地拾取电子元件W而没有遗漏。另一方面，为了使吸头25夹持的电子元件安装在印刷电路板20上，最好是夹持电子元件W的吸头25缓慢地向下运动并在安装元件后迅速向上运动。

因此，如图8A和图8B所示，当偏心凸轮163逆时针或者顺时针旋转时，通过以不同的速度使吸头25上下运动，可执行有效的电子元件安装而没有遗漏。

同样，偏心凸轮63和163的旋转方向(图3和图8所示)可以任意设定。当通过活塞杆45使齿条部件48向上运动时，吸头可以拾取元件，当齿条部件向下运动时，可以安装元件。为使齿条部件48垂直线性运动而垂直设置齿条48的方案可以由使齿条部件48水平线性运动而水平设置齿条48的方案所替代。

虽然在本发明中通过齿条部件一个方向的线性运动使偏心凸轮顺时针或逆时针旋转一次，也就是360°，偏心凸轮的旋转角度却不限定为360°，通过适当地设计凸轮的表面形状，旋转角度可以变化。例如，设计凸轮的表面形状，通过齿条部件一个方向上的线性运动使偏心凸轮顺时针或逆时针旋转180°，并使吸头向下一次和向上一次运动、同时偏心凸轮以一个方向旋转180°，以实现上面实施例中的元件安装装置的相同作用。

在本实施例中，用齿条部件48作为使偏心凸轮逆时针或者顺时针旋转的偏心凸轮旋转装置。然而，这是示例应用，例如，还可以用马达使偏心凸轮旋转。

由于当偏心凸轮通过偏心凸轮旋转装置分别以预定的角度逆时针和顺时针使偏心凸轮旋转时，吸头上下运动，所以本发明的元件安装装置以高速移动吸头。另外，吸头25上下运动所需时间可以调节，并且通过适当地成形偏心凸轮63的凸轮表面，可以实现吸头25的最佳安装模式。

当齿条部件应用于偏心凸轮旋转装置以分别使吸头上下运动一个前进行程和一个后退行程时，可以得到如下的优点：

(1)吸头能以高速上下运动，而齿条部件不需要快速地运动；

(2)由于齿条部件的线性运动转变成吸头的垂直往复运动，在装配头上的小区域内能安装多个吸头。

(3)和使用电动马达相比较，元件安装装置的制造成本得到降低。

如上所述，本发明不限定于上述实施例，很显然，本领域的普通技术人员在本发明的范围和发明精神下能作各种改进。

Claims

1、一种将元件台中的元件安装到印刷电路板上的元件安装装置，包括：

在所述的元件台和所述的印刷电路板间可动安装的装配头；

与所述装配头联接的支架；

为拾取所述元件并与所述支架联接的吸头；

与所述的支架旋转联接的偏心凸轮；

旋转所述的偏心凸轮的装置；和

与所述吸头联接并和所述的偏心凸轮的凸轮表面接触的从动杆，当偏心凸轮旋转装置以预定的角度旋转所述的偏心凸轮时使吸头上下运动。

2、如权利要求1所述的元件安装装置，其特征是，所述的偏心凸轮旋转装置包括相对支架往复线性运动安装的齿条部件，当齿条部件在一个方向线性运动时，所述的偏心凸轮旋转所述的预定角度。

3、如权利要求1所述的元件安装装置，其特征是，所述的偏心凸轮以预定的角度旋转，所述的偏心凸轮使吸头在最高位置和最低位置之间运动，所述的偏心凸轮的表面设计成一定形状，以使得在偏心凸轮的旋转作用下，所述吸头向上运动的速度不同于向下运动的速度。

4、如权利要求1所述的元件安装装置，其特征是，所述的预定角度是360°。

5、如权利要求1所述的元件安装装置，其特征是，所述的预定角度是180°。

6、如权利要求1所述的元件安装装置，其特征是，在所述装配头上安装的支架上下运动，以改变所述吸头的垂直运动范围，还提供有支架运动装置以使所述的支架上下运动。

7、如权利要求1所述的元件安装装置，其特征是，所述的吸头旋转地安装在所述的支架上，还提供有吸头旋转装置来旋转所述的吸头。