CN2782284Y - 一种超声波焊线装置 - Google Patents

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Abstract

本实用新型公告了一种超声波焊线装置，包括焊头系统、可在水平方向移动的X－Y工作台和设置在X－Y工作台上可在水平方向转动的Θ转台，设有两组包括可调焦的光学镜片组和摄像头的定位用影像光学系统；设置在X－Y工作台上可在水平方向转动的Θ转台有两组，且两组Θ转台设有在水平方向往复移动X－Y工作台可重复换位、复位的两个工作位，在第一个工作位时，第一组Θ转台位于第一组定位用影像光学系统下方，进行定位，第二组Θ转台位于焊头系统下方，进行焊线，在第二个工作位时，第一组Θ转台位于焊头系统的下方，进行焊线，第二组Θ转台位于第二组定位用影像光学系统下方，进行定位，可提高LED焊线效率100％，IC芯片上的每个焊线区域由50×50mm增大到100×100mm，且不降低效率。

Description

一种超声波焊线装置
技术领域
本实用新型涉及适用于半导体、固体器件或其部件用于传导电流的引线的焊接方法或设备，尤其是涉及一种超声波焊线装置。
背景技术
将集成电路芯片IC或发光二极管LED焊线在电路板PCB或基板上的芯片直接封装(Chip on Board，简称COB)，已经广泛用于诸如计算机、移动电话机、光学数码产品、智能卡、钟表、玩具等消费类电子信息产品。焊线是COB的基本工艺，需要采用超声波焊线方法和相应设备。现有专门用于多线数的IC芯片或LED与PCB板上对应的焊盘进行桥接的自动超声波焊线机，包括焊头系统、可以在水平方向移动的X-Y工作台、设置在X-Y工作台上可以在水平方向转动的Θ转台、设置在Θ转台上的焊线工件用夹具，所述焊头系统设有包括可调焦的光学镜片组和摄像头的用于检查焊线质量的影像光学系统、可以在垂直方向移动的Z工作台、包括换能器、焊嘴、送扯线部件和线夹的焊头，位于X-Y工作台的X方向的中央，所述光学镜片组和焊头固定在Z工作台上可以在垂直方向移动，所述焊线工件是LED或IC芯片和PCB板。由用于检查焊线质量的影像光学系统预先放大摄取焊线工件在X、Y、Θ方向相对位置，经识别并控制X-Y工作台、Θ转台移动和转动，以补偿误差，使夹具上焊线工件的焊点先确认位置，即准确定位于焊嘴下方位置，然后焊线。采用对点方式定位进行LED焊线是，先在PCB板上确认两点为基准点，再对LED每点都先确认位置，然后焊线，花在确认位置的时间使机台焊线效率大大降低，通常降低近50％。而采用对点方式定位进行IC芯片焊线时，为了节省花在确认位置的时间，只是先在PCB板上和IC芯片上分别确认两点为基准点，再计算出其它各点位置，然后焊线，这样就使焊线精度难以提高，而且，在远离Θ转台旋转中心的焊线区域，由装配误差造成的位置偏差太大，使焊线区域通常被限制在50mm×50mm范围以内，在该范围以外的焊线位置难以保证准确。
发明内容
本实用新型所要解决的技术问题是克服上述现有技术的不足，提出一种用于LED焊线可以提高焊线效率，而用于IC芯片焊线可以增大焊线区域、提高焊线精度且不降低效率的超声波焊线装置。
本实用新型的技术问题是这样加以解决的：
这种超声波焊线装置，包括焊头系统、可以在水平方向移动的X-Y工作台、设置在X-Y工作台上可以在水平方向转动的Θ转台，Θ转台上设有焊线工件用夹具，所述焊头系统设有包括可调焦的光学镜片组和摄像头的用于检查焊线质量的影像光学系统、可以在垂直方向移动的Z工作台、包括换能器、焊嘴、送扯线部件和线夹的焊头，位于X-Y工作台的X方向的中央，所述光学镜片组和焊头固定在Z工作台上可以在垂直方向移动。
这种超声波焊线装置的特点是：
设有两组包括可调焦的光学镜片组和摄像头的定位用影像光学系统；
所述设置在X-Y工作台上可以在水平方向转动的Θ转台有两组，且所述两组Θ转台设有在水平方向往复移动所述X-Y工作台可以重复换位、复位的两个工作位，在第一个工作位时，第一组Θ转台位于第一组定位用影像光学系统下方，进行定位，第二组Θ转台位于焊头系统下方，进行焊线，在第二个工作位时，第一组Θ转台位于焊头系统的下方，进行焊线，第二组Θ转台位于第二组定位用影像光学系统下方，进行定位。
对于采用上述两种超声波焊线方法的超声波焊线装置来说，本实用新型的技术问题是这样择优加以解决的：
所述可以在水平方向移动的X-Y工作台是一组或二组；
所述设置在X-Y工作台上可以在水平方向转动的Θ转台，是在一组X-Y工作台的两组Θ转台，或是分别在两组X-Y工作台的两组Θ转台。
对于采用上述两种超声波焊线方法的超声波焊线装置来说，本实用新型的技术问题是这样进一步加以解决的：
所述两组包括可调焦的光学镜片组和摄像头的定位用影像光学系统，是等距离位于所述焊头系统两侧。
所述可以在水平方向移动的X-Y工作台是一组，两组Θ转台的旋转中心的距离，等于两组定位用影像光学系统中轴线分别与焊头系统中轴线的距离。
还设有使初始置料定位、两组Θ转台换位、两组Θ转台复位步骤自动进行的具有识别与控制功能的微控制器。
所述Z工作台通过独立的Z定位传感器反馈的位置信号，由微控制器伺服板给微步马达驱动板以动作指令，再由微步马达驱动板依照此指令控制微步马达驱动滚珠丝杆，使Z工作台沿线性导轨作往复垂直移动，带动焊头系统的焊嘴垂直移动至精确焊接位置。
所述X-Y工作台通过各自独立的X、Y定位传感器反馈的位置信号，由微控制器伺服板给微步马达驱动板以动作指令，再由微步马达驱动板依照此指令控制微步马达驱动滚珠丝杆，使X-Y工作台沿线性导轨作往复水平移动，带动Θ转台水平移动至精确焊接位置。
所述Θ转台通过各自独立的Θ定位传感器反馈的位置信号，由微控制器伺服板给微步马达驱动板以动作指令，再由微步马达驱动板依照此指令控制微步马达驱动设有向心推力球轴承的齿轮，使Θ转台作正反向水平转动，带动Θ转台上夹具中的待焊线工件至精确焊接位置。
所述用于装载和夹紧待焊线工件的夹具是标准型焊线夹具、压片式夹具和真空夹具。
本实用新型的超声波焊线装置用于LED焊线与只有一组Θ转台的现有超声波焊线装置对比，提高LED焊线效率100％，用于IC芯片焊线与只有一组Θ转台的现有超声波焊线装置对比，可以像LED焊线一样，对IC芯片上的每个焊线区域进行位置确认，边焊线边预定位，不仅省去了焊线区域位置的识别时间，明显提高焊线的精度，使焊线区域尺寸由原来的50mm×50mm增大到100mm×100mm，且不降低效率。本实用新型的超声波焊线装置可以广泛应用于诸如计算机、移动电话机、光学数码产品、智能卡、钟表、玩具等消费类电子信息产品中数码管、点阵板、集成电路软封装、厚膜集成电路、晶体管半导体器件内引线的焊接。
附图说明
下面对照附图并结合具体实施方式对本实用新型作进一步说明。
图1是本实用新型具体实施方式的组成部件的立体图。
图2是图1具体实施方式在Θ转台一个工作位时相关组成部件的配置简图。
图3是图1具体实施方式在Θ转台另一个工作位时相关组成部件的配置简图。
具体实施方式
一种转台式自动超声波焊线机
如图1、2、3所示的转台式自动超声波焊线机，包括焊头系统2、可以在水平方向移动的X-Y工作台7、设置在一组X-Y工作台7上可以在水平方向转动的Θ转台4、5，所述焊头系统2设有包括可调焦的光学镜片组和摄像头的用于检查焊线质量的影像光学系统、可以在垂直方向移动的Z工作台、包括换能器、焊嘴6、送扯线部件和线夹的焊头，位于X-Y工作台7的X方向的中央，所述光学镜片组和焊头固定在Z工作台上可以在垂直方向移动，所述Θ转台4、5上设有焊线工件用夹具8。
还设有两组包括可调焦的光学镜片组和摄像头的定位用影像光学系统1、3；
在水平方向移动所述X-Y工作台7，使两组Θ转台4、5处于两个工作位，在水平方向往复移动所述X-Y工作台7，使两组Θ转台4、5的两个工作位重复换位、复位；
在两组Θ转台4、5的第一个工作位时，第一组Θ转台4位于第一组定位用影像光学系统1下方，进行定位，第二组Θ转台5位于焊头系统2下方，进行焊线，在两组Θ转台4、5的第二个工作位时，第一组Θ转台4位于焊头系统2的下方，进行焊线，第二组Θ转台5位于第二组定位用影像光学系统3下方，进行定位。
还设有使初始置料定位、两组Θ转台换位、两组Θ转台复位步骤自动进行的具有识别与控制功能的微控制器。
所述Z工作台通过独立的Z定位传感器反馈的位置信号，由微控制器伺服板给微步马达驱动板以动作指令，再由微步马达驱动板依照此指令控制微步马达驱动滚珠丝杆，使Z工作台沿线性导轨作往复垂直移动，带动焊头系统的焊嘴6垂直移动至精确焊接位置。
所述X-Y工作台7通过各自独立的X、Y定位传感器反馈的位置信号，由微控制器伺服板给微步马达驱动板以动作指令，再由微步马达驱动板依照此指令控制微步马达驱动滚珠丝杆，使X-Y工作台7沿线性导轨作往复水平移动，带动Θ转台4、5水平移动至精确焊接位置。
所述Θ转台4、5通过各自独立的Θ定位传感器反馈的位置信号，由微控制器伺服板给微步马达驱动板以动作指令，再由微步马达驱动板依照此指令控制微步马达驱动设有向心推力球轴承的齿轮，使Θ转台4、5作正反向水平转动，带动Θ转台4、5上夹具中的待焊线工件至精确焊接位置。
所述用于装载和夹紧待焊线工件的夹具8是标准型焊线夹具、压片式夹具和真空夹具。
这种转台式自动超声波焊线机，用于LED和PCB板焊线时，依次有以下步骤：
初始置料定位：两组Θ转台4、5处于第一个工作位，将待焊线工件放置在第一组Θ转台4上的夹具8中，由第一组定位用影像光学系统1对待焊线工件PCB板和每个LED进行定位；
两组Θ转台换位：两组Θ转台4、5处于第二个工作位，将待焊线工件放置在第二组Θ转台5上的夹具8中，由第二组定位用影像光学系统3对待焊线工件PCB板和每个LED进行定位，与此同时，由焊头系统2将第一组Θ转台4上已定位的待焊线工件进行焊线；
两组Θ转台复位：两组Θ转台4、5处于第一个工作位，将待焊线工件替换已焊线工件，放置在第一组Θ转台4上的夹具8中，由第一组定位用影像光学系统1对待焊线工件PCB板和每个LED进行定位，与此同时，由焊头系统2将第二组Θ转台5上已定位的待焊线工件进行焊线；
重复上述两组Θ转台换位、两组Θ转台复位的步骤。
这种转台式自动超声波焊线机，用于IC芯片和PCB板焊线时，依次有以下步骤：
初始置料定位：两组Θ转台4、5处于第一个工作位，将待焊线工件放置在第一组Θ转台4上的夹具8中，由第一组定位用影像光学系统1对待焊线工件PCB板和IC芯片进行定位，并计算出IC芯片和PCB板上的焊线位置；
两组Θ转台换位：两组Θ转台4、5处于第二个工作位，将待焊线工件放置在第二组Θ转台5上的夹具8中，由第二组定位用影像光学系统3对待焊线工件PCB板和IC芯片进行定位，并计算出IC芯片和PCB板上的焊线位置，与此同时，由焊头系统2将第一组Θ转台4上已定位的待焊线工件进行焊线；
两组Θ转台复位：两组Θ转台4、5处于第一个工作位，将待焊线工件替换已焊线工件，放置在第一组Θ转台4上的夹具8中，由第一组定位用影像光学系统1对待焊线工件PCB板和IC芯片进行定位，并计算出IC芯片和PCB板上的焊线位置，与此同时，由焊头系统2将第二组Θ转台5上已定位的待焊线工件进行焊线；
重复上述两组Θ转台换位、两组Θ转台复位的步骤。
上述焊线是利用来自超声波发生器的超声波经换能器产生高频振动，通过变幅杆传递到焊嘴6，当劈刀式焊嘴6垂直移动与位于其正下方的引线及待焊线工件接触时，在压力、热力和超声波振动的作用下，致使引线及待焊线工件的金属面紧密接触达到原子距离的结合，从而将引线牢固地机械连接在待焊线工件上。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本实用新型所作的进一步详细说明，不能认定本实用新型的具体实施只局限于这些说明。对于本实用新型所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本实用新型由所提交的权利要求书确定的专利保护范围。

Claims (8)

1.一种超声波焊线装置，包括焊头系统、可以在水平方向移动的X-Y工作台、设置在X-Y工作台上可以在水平方向转动的Θ转台，Θ转台上设有焊线工件用夹具，所述焊头系统设有包括可调焦的光学镜片组和摄像头的用于检查焊线质量的影像光学系统、可以在垂直方向移动的Z工作台、包括换能器、焊嘴、送扯线部件和线夹的焊头，位于X-Y工作台的X方向的中央，所述光学镜片组和焊头固定在Z工作台上可以在垂直方向移动，其特征在于：
设有两组包括可调焦的光学镜片组和摄像头的定位用影像光学系统；
所述设置在X-Y工作台上可以在水平方向转动的Θ转台有两组，且所述两组Θ转台设有在水平方向往复移动所述X-Y工作台可以重复换位、复位的两个工作位，在第一个工作位时，第一组Θ转台位于第一组定位用影像光学系统下方，进行定位，第二组Θ转台位于焊头系统下方，进行焊线，在第二个工作位时，第一组Θ转台位于焊头系统的下方，进行焊线，第二组Θ转台位于第二组定位用影像光学系统下方，进行定位。
2.按照权利要求1所述的超声波焊线装置，其特征在于：
所述可以在水平方向移动的X-Y工作台是一组或二组；
所述设置在X-Y工作台上可以在水平方向转动的Θ转台，是在一组X-Y工作台的两组Θ转台，或是分别在两组X-Y工作台的两组Θ转台。
3.按照权利要求1、2所述的超声波焊线装置，其特征在于：
所述两组包括可调焦的光学镜片组和摄像头的定位用影像光学系统，是等距离位于所述焊头系统两侧。
4.按照权利要求3所述的超声波焊线装置，其特征在于：
所述可以在水平方向移动的X-Y工作台是一组，两组Θ转台的旋转中心的距离，等于两组定位用影像光学系统中轴线分别与焊头系统中轴线的距离。
5.按照权利要求4所述的超声波焊线装置，其特征在于：
设有使初始置料定位、两组Θ转台换位、两组Θ转台复位步骤自动进行的具有识别与控制功能的微控制器。
6.按照权利要求5所述的超声波焊线装置，其特征在于：
所述Z工作台通过独立的Z定位传感器反馈的位置信号，由微控制器伺服板给微步马达驱动板以动作指令，再由微步马达驱动板依照此指令控制微步马达驱动滚珠丝杆，使Z工作台沿线性导轨作往复垂直移动，带动焊头系统的焊嘴垂直移动至精确焊接位置。
7.按照权利要求6所述的超声波焊线装置，其特征在于：
所述X-Y工作台通过各自独立的X、Y定位传感器反馈的位置信号，由微控制器伺服板给微步马达驱动板以动作指令，再由微步马达驱动板依照此指令控制微步马达驱动滚珠丝杆，使X-Y工作台沿线性导轨作往复水平移动，带动Θ转台水平移动至精确焊接位置。
8.按照权利要求7所述的超声波焊线装置，其特征在于：
所述Θ转台通过各自独立的Θ定位传感器反馈的位置信号，由微控制器伺服板给微步马达驱动板以动作指令，再由微步马达驱动板依照此指令控制微步马达驱动设有向心推力球轴承的齿轮，使Θ转台作正反向水平转动，带动Θ转台上夹具中的待焊线工件至精确焊接位置。
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