CN1489434A - 放置元件设备 - Google Patents

Abstract

用于在转动的和垂直的方向驱动一吸嘴、用于将吸力施加于一元件的一放置元件设备包括一旋转驱动器和一直线驱动器，直线驱动器具有连接至旋转驱动器的一定子的一定子，从而两定子相互之间不可运动。一花键轴连接于旋转驱动器的一转轴，以及具有设置在其底部的一吸嘴的一吸嘴连接轴与花键轴连接以允许吸嘴连接轴仅直线移动。围绕吸嘴连接轴并带有插置在中间的滚动轴承的一中空保持架连接于有线驱动器的一运动件中，以及中空保持架用插置在中间的一直线导向器与直线驱动器的定子连接。

Description

放置元件设备

发明领域

本发明涉及具有一吸头的一放置元件设备，用于将一电子元件安装在一电路板等上，或用于装配电子元件。

技术背景

至今，具有一吸头的一放置元件设备已用于将例如一半导体芯片和/或一压电元件的一电子元件安装在例如一印刷电路板的一板上。

作为这种放置元件设备的一例子，如在日本待审批专利申请公开号5-82998所揭示的，提出了一吸嘴，其中与该吸嘴同轴线地设置有一旋转电动机和一圆柱形直线电动机，该旋转电动机用于转动一吸嘴，该吸嘴用于将吸力施加于一电子元件，该直线电动机用于垂直移动该吸嘴，从而这些电动机的运动部分转动和垂直移动该吸嘴，同时与它组合在一起。

并且，如在日本待审批专利申请公开号8-203966中所揭示的，提出了一半导体安装设备，其中设置了一吸嘴、一压力轴、一超声电动机和一音圈电动机，该压力轴可垂直移动和可转动并在其底部具有该吸嘴，该超声电动机用于转动该压力轴，该音圈电动机用于垂直方向移动该压力轴，从而压力轴延伸通过音圈电动机和超声电动机。

在前一方案中，当音圈电动机用作为圆柱形直线电动机时，由于该轴延伸通过音圈电动机的中心，因此该电动机的中心部分不能用作为一核心；从而音圈电动机并不有效地产生一推力。因此，音圈电动机的尺寸不可避免地应该是较大的。同样，该旋转电动机与一轭架和音圈电动机的一壳体一起旋转，从而引起该旋转电动机的惯性大和尺寸大的诸问题。此外，当音圈电动机的运动线圈与轴一起旋转时，对运动线圈输送电流是较困难的。

在后一方案中，由于空心压力轴延伸通过音圈电动机的中心，所以该电动机的中心部分不能用作为一核心；从而音圈电动机不能有效地产生一推力。因此要求音圈电动机较大。此外，由于音圈电动机的一运动线圈与轴一起旋转，所以对该运动线圈输送电流较困难。

发明内容

因此，本发明提供一放置元件设备，它包括一直线驱动器和一旋转驱动器，两者尺寸都较小，它们在Z轴线方向和围绕θ轴线以高速精确地定位一元件。

为了实现上述诸优点，按照本发明的用于驱动一吸嘴转动和垂直方向移动、将一吸力施加于一元件的一放置元件设备包括一旋转驱动器，一直线驱动器，该驱动器包括连接于旋转驱动器的一定子的一定子，从而这两定子不可相对运动；连接于旋转驱动器的一转轴的一花键轴；一吸嘴连接轴，仅允许该轴相对花键轴沿花键轴的纵向直线运动，并具有设置在其底部的吸嘴，围绕吸嘴连接轴的一中空保持架，并带有置於中间的滚动轴承，该轴承允许吸嘴连接轴相对花键轴转动以及将中空保持架连接于直线驱动器的一运动件；以及一直线导向器，用于相对诸驱动器的诸定子的任何一个引导中空保持架，以致平行于花键轴可直线运动。

一功能相同的构件可以代替花键轴。

通过花键轴将旋转驱动器的转动传递到吸嘴连接轴。具有设置在其底端的吸嘴的吸嘴连接轴相对花键轴可直线运动。可转动地保持吸嘴连接轴的中空保持架连接于直线驱动器的运动件。对于这结构，当通过驱动直线驱动器垂直移动保持架时，吸嘴连接轴和保持架一起垂直移动。在这状态中，由于吸嘴连接轴和花键轴可沿X轴线方向移动，花键轴的转动可以传递到吸嘴连接轴，而与吸嘴连接轴所处的位置无关。因此，吸嘴连接轴和吸嘴能够垂直移动到一所需位置和转动到一所需方位。

如以上所述，由于直线驱动器所产生的垂直移动和旋转驱动器所产生的转动通过使用花键轴、滚动轴承、直线导向器的机构传送到吸嘴，直线驱动器和旋转驱动器的诸定子能够相互固定以及从而不要求相互驱动。因此，能够降低放置元件设备的垂直移动部分的质量和转动部分的惯性，以及从而能够降低每个驱动器的所需推力，因此能够缩小旋转驱动器和直线驱动器的尺寸。

并且，由于两驱动器在Z轴方向和围绕θ轴线直接驱动吸嘴，没有插入在中间的一间接传送机构，从而能够高速准确地放置一元件。而且，虽然吸嘴相对于直线驱动器径向偏置，由于中空保持架由直线驱动器引导，从而防止了吸嘴由于它们的自身重量而产生倾斜，所以实现了一准确的拾取和放置操作。

此外，由于没有轴延伸通过直线驱动器和旋转驱动器的中心，例如一可购得的小型伺服电动机可用作为旋转驱动器。并且，直线驱动器的中心部分可用作为一核心，从而直线驱动器能有效地产生一推力。其结果，当一音圈电动机用作为直线驱动器时，能够缩小音圈电动机的一磁回路的尺寸。在这情况下，由于音圈电动机的运动线圈仅往复运动和不要求它转动，从而能够易于对运动线圈供应电流。

在按照本发明的放置元件设备中，旋转驱动器和直线驱动器的两定子较佳地被固定于在X和Y方向被驱动的一传动机构的一运动头。

当每个驱动器的定子被固定于该运动头时，能够由该传动机构在X和Y方向由旋转驱动器围绕θ轴线和由直线驱动器在Z方向单独地传动放置元件设备。从而能够准确地放置一元件。

并且，在按照本发明的放置元件设备中，较佳地是直线驱动器的运动件和定子具有设置在中间的一回复弹簧，用它的弹性力向上推运动件，该弹性力略大于包括运动件、吸嘴、吸嘴连接轴的该设备的运动部分的重量负荷和直线导向器和花键轴之中所产生的滑动摩擦力的总和。

当通过驱动直线驱动器垂直移动吸嘴时，在通向直线驱动器的电流被切断的情况下，由于包括吸嘴的运动部分的重量使吸嘴下降。回复弹簧防止这下降。但是，当回复弹簧产生一较大弹性力时，为了使吸嘴向下移动，直线驱动器消耗较大的功率。为了解决这问题，通过设定回复弹簧的弹力，使它略大于运动部分的重量负荷和在直线驱动器和花键轴之中所产生的滑动摩擦力的总和，吸嘴能够以较少量的功率消耗向下移动。

并且，在按照本发明的放置元件设备中，较佳的是中空保持架和吸嘴连接轴具有形成在中间的一圆筒形空间内的一有效地被密封的、或较佳地被气密封的腔室；吸嘴连接轴有形成在其中的一空气通道，用于针在气密腔内的例如空气的一压力媒质传送到吸嘴；在中空保持架的外表面中形成与气密腔连通的一空气孔中，以及该空气孔中连接到一真空抽吸设备。

为了在吸嘴的一抽吸孔口处产生一抽吸压力，要将真空抽吸设备和吸嘴相连接。虽然能够用插置在中间的一空气软管将真空抽吸设备直接连接于吸嘴，由于吸嘴垂直和旋转运动，可能造成软管扭转或引起对吸嘴的一操作阻力。

针对这问题，在用于真空抽吸的空气软管连接于形成在中空保持架的外表面中的空气孔口和该空气孔口通过插置在中间的气密腔和吸嘴连接轴的空气通道连接至吸嘴时，该软管仅与中空保持架一起垂直移动而不进行转动；因此，该软管不可能被扭转和不妨碍吸嘴的操作。

从以下参照附图对本发明的实施例进行的叙述中，本发明的其它特征和优点将变得显而易见。

附图的简要说明

图1是按照本发明的一实施例的一放置元件设备的一例的立体图；

图2是图1所示的放置元件设备的剖视图；

图3是图2所示的放置元件设备的一主要部分的放大图；

图4是示出图2设备的主要部分在工作状态的剖视图；

图5是使用图1所示的放置元件设备的一安装设备的立体图。

具体实施方式

图1至4示出了按照本发明的一实施例的一放置元件头(即一放置元件设备)。其中，一电子元件P和一板B分别称为一元件和一固定表面。

按照该实施例的一放置元件头A包括固定于X-Y机械手或类似物的一头部的一支承板1、具有固定于支承板1的下表面上的一定子(轭架)3的作为一直线驱动器的一例子的一音圈电动机2、具有固定于支承板1的上表面上的一定子21的作为一旋转驱动器的一例子的一伺服电动机20。

如图2所示，音圈电动机2固定于支承板1的下表面上，并由具有一外磁轭3a和一中心磁轭3b的磁轭3、固定于外磁轭3a的内表面上一磁铁4、插入磁轭3内以致可以垂直移动的一绕线架5、围绕绕线架5卷绕的一线圈6等形成。线圈6在轴向与磁铁4重叠。在这实施例中，磁铁4和线圈6分别设置在固定侧和运动侧上；另方面，线圈6和磁铁4可以分别设置在固定侧和运动侧上。

绕线架5具有固定于其底表面上的一近似L形连接件7的一水平部分7a和轴向平行于磁轭3突伸的连接件7的一垂直部分7b，该垂直部分在其一侧表面上具有一导向块10。导向块10由固定于磁轭3的外表面上的一导轨9引导，从而仅可在垂直方向移动，以致导轨9和导向块10组成一直线导向器8。连接件7具有固定于垂直部分7b的外侧表面上的一中空保持架30(以后将对其叙述)。这样，中空保持架30相对磁轭3执行一准确的和平稳的直线运动。

如图1所示，连接件7和支承板1具有处于其中的回复弹簧11，设计该弹簧以致在电源被切断时返回作为音圈电动机2的一运动部分的绕线架5到达它的顶部位置。将回复弹簧11的拉力设定为稍许大于包括绕线架5、线圈6、吸嘴35和吸嘴连接轴26(以后将叙述这两者)的重量负荷和直线导向器8和滚珠花键轴24(以后将叙述)之中所产生的滑动摩擦力的总和。回复弹簧11不局限于拉簧，可以是一压簧。为了检测音圈电动机2的垂直运动，磁轭3具有固定其上的一直线编码器12，连接件7具有附着在其上的一直线刻度13。通过反馈直线编码器12的一信号，能够控制吸嘴35，使其位于一所需垂直位置处。

伺服电动机20具有结合在其内的一编码器，通过反馈该编码器的一信号能够控制放置元件头，以使其位于一所需回转位置。伺服电动机20具有向下延伸的一旋转轴22，并插置在支承板1中，而旋转轴22具有用插置于中间的一联轴器23所连接的滚珠花键轴24。滚珠花键轴24与一滚珠花键螺帽25相结合，吸嘴连接轴26的顶部固定于该滚珠花键螺帽。这样，虽然吸嘴连接轴26与滚珠花键轴24一起转动，但是它能相对于滚珠花键轴24自由地轴向运动，这是由于滚珠花键轴24和滚珠花键螺帽25之间可自由地进行它的垂直运动。此外，磁轭3在其表面上可以具有一止动件(未示出)，用于限制导向块10的运动范围，以防止滚珠花键螺帽25拉出滚珠花键轴24。

吸嘴连接轴26延伸通过中空保持架30，以及中空保持架30和吸嘴连接轴26通过带有凸缘的轴承(滚动轴承)31相互在上部和下部相连接。从而，吸嘴连接轴26可相对保持架30转动，但不可相对它垂直移动。当驱动音圈电动机2时，保持架30和吸嘴连接轴26成为一整体垂直移动。由于由一螺帽32固定下轴承31，该螺帽与形成在吸嘴连接轴26的下部处的螺纹相互螺纹啮合在一起，所以使吸嘴连接轴26和保持架30之间的垂直方向的间隙为最小。

此时参阅图3，在由吸嘴连接轴26和中空保持架30所形成的一近似圆筒形空间内，在两个轴承之间设置有两个密封件33，从而在它们之间提供一气密腔34，从而防止空气在垂直方向流入或流出该腔室34。在这实施例中每个密封件33都是例如一O型圈的一橡胶33a和四氟乙烯树脂构成的、置于橡胶环33a的内圆的上一树脂环33b的组合密封件。还设置了两个密封止动件37。虽然能够使用一已知油密封件或一O型圈作为密封件33，但是它们有一些问题，即它们难以减小尺寸和由于较大的滑动摩擦造成较短的使用寿命。与这些另件相反，用上述组合密封件，当吸嘴连接轴26旋转时，由于滑动发生在树脂环33b和吸嘴连接轴26之间而不发生在橡胶环33a和保持架30之间，吸嘴连接轴26能够带很小的滑动阻力进行转动。

吸嘴连接轴26具有一中空结构，从而在其中提供一空气通道27，该通道有一开放的底部。吸嘴连接轴26具有在其中形成的一空气孔28，用于在内部空气通道27和外部密封腔34之间进行连通。吸嘴连接轴26具有固定在其底部的吸嘴35。吸嘴35具有包含构造在其中的一弹簧的一缓冲机构(未示出)，用于在将吸力施加于电子元件P和将它安装在板B上时吸收对于该电子元件的冲击。中空保持架30具有形成在其外表面中的一空气孔口36，用于连通至气密腔34，一空气软管(未示出)连接至该空气孔口。空气软管又连接至一真空吸收设备(未示出)。从而，一抽吸压力通过空气孔口36、气密腔34、空气孔28和空气通道27传送到吸嘴35。

将参照图3和4叙述具有上述结构的放置元件头A的操作。

图3示出了音圈电动机2断电和包括吸嘴35的运动部分由回复弹簧11的弹力上升至它的顶端位置(原始位置)的状态。

然后，通过以预定方向将电流输入音圈电动机2的线圈6，线圈6接受与磁场强度，电流量，线圈的导线长度的乘积成正比的一轴向推力；因此，如图4所示，用设置在中间的连接件7连接至线圈6的保持架30也向下运动(即如图4所示箭头指示的，Z轴向向下)。由于吸嘴连接轴26用设置在中间的轴承31被保持于保持架30，从而相互可转动、但不可轴向移动，因此吸嘴连接轴26能够向下移动，同时保持滚珠花键轴24和滚球花键螺帽25之间的相互啮合。其结果，固定于吸嘴连接轴26的底部的吸嘴35向下运动，从而将由在其端部处的吸力所保持的电子元件P安装到板B上。

为了调节电子元件P围绕θ轴线(即放置元件头A的旋转轴线)的方位，以便将电子元件P安装在板B上，驱动伺服电动机20，从而转动电子元件P到达一适当方位。在这状态下，由于伺服电动机20的转动通过滚珠花键轴24和滚珠花键螺帽25传送到吸嘴连接轴26，以及轴31防止了伺服电动机20的转动力传送到保持架30，所以能够用小转矩转动吸嘴连接轴26。其结果，能够准确地调节电子元件P的方位。

即使当吸嘴连接轴26如上所述在垂直方向和转动方向运动时，由于形成空气孔口36使其处于保持架30之中，空气孔口36的位置仅垂直地变化，因此空气软管不可能扭转或弯曲，从而在吸嘴35上完全没有负荷发生。此外，由于即使在吸嘴连接轴26转动时从保持架30的空气孔口36延伸至吸嘴连接轴26的空气通道27的一通道具有不变的通道面积，从而允许吸嘴35产生一稳定的吸力。

如以上所述，放置元件头A具有相互全部同轴线设置的伺服电动机20，吸嘴连接轴26和吸嘴35，以及直接将伺服电动机20的转矩传送到吸嘴35。从而，能够将伺服电动机26做成尺寸较小，还能够准确地进行电子元件P围绕θ轴线的定位。

同样，音圈电动机2仅垂直驱动吸嘴连接轴26和保持架30，以及不要求音圈电动机垂直驱动伺服电动机20和滚珠花键轴24。其结果，仅要求音圈电动机2产生一较小推力，因此可使它尺寸较小。虽然音圈电动机2的轴线相对吸嘴连接轴26的轴线有所径向偏移，但是吸嘴35不可能偏斜，这是由于直线导向器8仅在垂直方向引导保持吸嘴连接轴26的保持架30移动，从而实现了放置元件头A的准确的拾取和放置操作。

图5示出了使用上述放置元件头A的一安装设备的一例子。

这安装设备具有由放置元件头A的四个组件形成的一多头40。-Y轴梁41支承该多头40，该Y轴梁包括一伺服电动机42、一滚珠螺杆43和一直线导向件44，Y轴梁的端部由在X轴线方向被驱动的两台直线电动机45和46支承。Y轴梁41和直线电动机45和46受到使用一直线刻度和一直线编码器(这两者未示出)的一反馈控制，从而多头40被定位在垂直于Z轴线的X-Y平面上的一所需位置。

一安装台47支承直线电动机45和46，在安装台上设置一供应板48和一放置板49。对于这结构，能够与Y轴梁41和直线电动机45和46沿X和Y轴线的运动一致地在Z轴线的方向和围绕θ轴线的方位单独地控制诸放置元件头A的每个吸嘴。从而，能够准确地将一电子元件从供应板48传送到放置板49。

虽然在上述实施例中以举例的方式将一音圈电动机2用作为直线驱动器，但是例如可用一伺服电动机，一滚珠螺杆和一直线导向件的一组合或一气缸代替音圈电动机。在前一个情况中，也能够将直线驱动器的直线导向用作为用于导向中空支持架的直线导向，从而是平行于花键轴可直线移动。

虽然已联系具体实施例叙述了本发明，许多其它的变化和修改和其它的利用对本领域的那些技术人员将是明显的。所以，本发明不局限于这里所揭示的特定内容。

Claims (8)

1、一放置元件设备，用于在转动方向(θ)和垂直方向(Z)中驱动一吸嘴，和将吸力施加于一元件，它包括：

一旋转驱动器；

一直线驱动器，它包括连接于旋转驱动器的一定子的一定子，从而这两定子相互之间不能运动；

一花键轴，它连接于旋转驱动器的一转轴；

一吸嘴连接轴，它连接于花键轴，用于允许它相对花键轴仅沿着花键轴的纵向直线移动，并具有设置在其底部的吸嘴；

一中空保持架，它围绕吸嘴连接轴并带有插置在中间的滚动轴承，以允许吸嘴连接轴相对花键轴转动，并被连接，以便被直线驱动器的一运动件所驱动；以及

一直线导向器，用于相对驱动器的定子引导中空保持架，从而可平行花键轴直线移动。

2、按照权利要求1所述的放置元件设备，其特征在于，旋转驱动器和直线驱动器的定子固定于一传动机构的一运动头，该传动机构可操作地在X和Y方向驱动该运动头。

3、按照权利要求1所述的放置元件设备，其特征在于，直线驱动器的运动件和定子具有插置于中间的一回复弹簧，用于向上推动运动件，回复弹簧有一弹性力，该弹性力略大于包括运动件、吸嘴和吸嘴连接轴的该设备的移动部分的重量负荷和在直线导向器和花键轴之中所产生的滑动摩擦阻力的总和。

4、按照权利要求1所述的放置元件设备，其特征在于，中空保持架和吸嘴连接轴具有设置于它们之间的一空间内的一密封腔室；

吸嘴连接轴具有形成在其中的一空气通道，用于将该腔室内的一压力媒质传送到吸嘴；

形成在中空保持架的外表面中的、与该腔室连通的一空气孔口，以及

该空气孔口连接于一真空抽吸设备。

5、一放置元件设备，用于在转动方向(θ)和垂直方向(Z)中驱动一吸嘴，和将吸力施加于一元件，它包括：

一旋转驱动器，它具有一转轴；

一直线驱动器，它包括连接于旋转驱动器的一定子的一定子，从而这两定子相互之间不可运动；

一吸嘴连接轴，它具有设置在其底部的吸嘴；

该吸嘴连接轴通过一联轴器连接于该转轴，以允许吸嘴连接轴仅在转轴的纵向相对转轴直线移动；

一中空保持架，它围绕吸嘴连接轴并带有插置于中间的滚动轴承，以允许吸嘴连接轴转动，并被连接，以便被直线驱动器的一运动件驱动；以及

一直线导向器，用于相对驱动器的定子引导中空保持架，从而可平行花键轴直线移动。

6、按照权利要求5所述的放置元件设备，其特征在于，旋转驱动器和直线驱动器的定子固定于一传动机构的一运动头，该传动机构可操作地在X和Y方向驱动该运动头。

7、按照权利要求5所述的放置元件设备，其特征在于，直线驱动器的运动件和定子具有插置于中间的一回复弹簧，用于向上推动运动件，回复弹簧有一弹性力，该弹性力略大于包括运动件、吸嘴和吸嘴连接轴的该设备的移动部分的重量负荷和在直线导向器和花键轴之中所产生的滑动摩擦阻力的总和。

8、按照权利要求5所述的放置元件设备，其特征在于，中空保持架和吸嘴连接轴具有设置于它们之间的一空间内的一密封腔室；

吸嘴连接轴具有形成在其中的一空气通道，用于将该腔室内的一压力媒质传送到吸嘴；

形成在中空保持架的外表面中的、与该腔室连通的一空气孔口，以及

该空气孔口连接于一真空抽吸设备。

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