電子元件安裝設備的製作方法
2023-06-14 11:17:16 2
專利名稱：電子元件安裝設備的製作方法
技術領域：
本發明涉及電子元件安裝設備，特別是以高速、高精度在基片上高效率地安裝各種電子元件，例如晶片型式元件。
這類型的電子元件(以下稱為「晶片」)安裝設備，即現有技術中已提出並用於在基片上安裝晶片的設備，一般是按照例如日本專利申請公開265223/1986所公開的方式構造的。更具體講，傳統的晶片安裝設備如此構造，使用適當的裝置把電子元件或晶片從晶片供給部件上一個接一個地連續拾起，通過適當的裝置傳送到中間站，然後利用晶片安裝頭按順序一個接一個地取出或抽出。取出的晶片接著通過頭的工作被放置或安裝在預定的位置。
傳統的晶片安裝設備，每個中間站和安裝頭適宜在每個晶片安裝操作中只輸送一個晶片，以致於當輸出的晶片的數量增多時，就會引起晶片安裝頭的往復運動的相應增多，導致晶片安裝工作效率的降低。因此，應注意到傳統的晶片安裝設備不能在每個晶片安裝操作中同時處理多個晶片。
另一個這類傳統裝置公開在1987年2月24日援於Hendrik的美國專利4644642中。在公開的裝置中，通過具有多個拾取元件的拾取裝置在提出位置上同時拾取多個元件。然後，通過拾取裝置的運動和/或基片與拾取裝置之間的相對運動，使拾取裝置移到基片上的位置，並且每個拾取元件連續移到基片的所需位置上。接著，利用拾取元件把相關元件放置在相關位置並鬆開。
這樣，在該美國專利的裝置中，單個拾取裝置在提出位置和基片之間直接往復運動，以致於需要很多時間從提出位置使送晶片至基片。在該裝置中，也沒有對減少在基片上放置元件的時間給予考慮，而這在元件安裝操作所需的全部時間裡佔了很大部分。因此該傳統裝置不能以高速有效地進行安裝操作。此外，公開的該裝置不適於元件放置在基片上之前進行拾取元件的位置修正，故其不能完成晶片相對於基片的準確定位。
另一種傳統的電子元件或晶片安裝設備業已提出，包括晶片定位機構，如代理人在日本專利申請公開264788/1986，214692/1987和229900/1987所建議的。上述日本專利申請公開的晶片定位機構適宜當在晶片四個側面挾住晶片的同時進行晶片定位。因此，該機構不能使單個定位部件同時進行多個晶片的定位。
由以上看來，代理人提出的晶片定位機構的構造，是為了以晶片的兩個側面為基礎來進行定位，這公開於日本專利申請公開32692/1987。在提出的機構中，承受晶片的支撐相對於定位部件傾斜移動，以便獲得X和Y兩方向的運動分量。可惜，該機構的目的是在每個晶片安裝操作中僅精確定位一個晶片，因此在每個晶片安裝操作中它不能同時定位多個晶片。
一種指針旋轉式晶片安裝頭已在傳統的晶片安裝設備上用作晶片安裝頭，這記載在日本專利申請公開30399/1987。該安裝頭包括在指針頭上以相等角度間隔布置的多個吸杆，並適於當指針頭移動至一個特定位置時，使每個吸杆旋轉預定的角度。
還提出了另一種晶片安裝頭，它具有成一排的多個吸杆，並安裝在一個X-Y平臺的下側面。在該晶片安裝頭中，分別吸住各個晶片的吸杆在印刷電路板或基片上移動至某一位置，按順序在印刷電路板上放置晶片。在這個例子中，象上述的指針旋轉式安裝頭那樣，當按順序毫不相干地設定吸杆的旋轉角度時，需要大量時間來調整被每個吸杆以預定角度吸住的晶片姿態。
術語「電子元件安裝操作」或「晶片安裝操作」在這裡一般指的是從晶片供給部件取出晶片至晶片放置於基片上這一範圍的操作。
針對現有技術中上述缺點作出了本發明。
因此，本發明的目的是提供一種電子元件安裝設備，它能高速有效地完成電子元件安裝操作。
本發明的另一目的是提供一種電子元件安裝設備，它能在電子元件安裝操作的時間方面良好協調的條件下，進行電子元件從供給部件的拾取和元件放置於基片，導致顯著地減少了安裝操作所需的時間。
本發明的另一個目的是提供一種電子元件安裝設備，它能同時操縱各種類型的電子元件。
本發明的又一個目的是提供一種電子元件安裝設備，它能高精度地完成電子元件安裝操作。
本發明的又一個目的是提供一種電子元件安裝設備，它能提高每單位層面積上被操縱的電子元件的數量和類型。
本發明的另一個目的是提供一種電子元件安裝設備，它能以簡單的方式快速和有效地完成待安裝的電子元件的定位修正。
本發明進一步的目的是提供一種電子元件安裝設備，它能在顯著減小的空間裡有效地實現電子元件的定位修正。
本發明另一個進一步的目的是提供一種電子元件安裝設備，它能高精度地快速完成電子元件在基片上的放置。
本發明的又一個進一步的目的是提供一種電子元件安裝設備，它能簡化結構和顯著減小尺寸。
根據本發明，提供了一種電子元件安裝設備。該設備包括一個具有多個電子元件供給單元的固定式供給部件，用來供給電子元件;多個傳送站和一個電子元件拾取頭部件。拾取頭部件包括多個吸杆，該吸杆通過從固定式供給部件吸取電子元件並放置於傳送站來完成拾取電子元件。而且，該設備還包括多個電子元件放置頭部件，它們的數量與傳送站相對應。每個放置頭部件包括多個吸杆，利用吸力把電子元件從傳送站取走，並放置在每個定位基片上，定位基片的數量與傳送站相應。
通過以下詳細說明並參考附圖，可以容易地很好了解本發明的這些和其它目的及優點。在整個說明中，相同的標號代表相同或相應的部分，其中圖1是根據本發明的電子元件安裝設備的實例平面圖。其中，為了清晰起見，略去了電子元件拾取頭部件，電子元件放置頭部件和印刷電路板或基片;
圖2是類似於圖1的平面示意圖，其中顯示了拾取頭部件，放置頭部件和基片;
圖3是圖1所示設備的側剖視圖;
圖4是電子元件供給單元的側視示意圖;
圖5是拾取頭部件的局部後視圖;
圖6是用於圖5的拾取頭部件的吸杆驅動機構的側剖視圖;
圖7是傳送站的平面圖;
圖8是圖7所示傳送站的部分前剖視圖;
圖9是圖7所示傳送站的側視圖;
圖10A和圖10B均是對在圖7所示傳送站的電子元件進行定位修正的方法示意圖;
圖11是吸杆與被吸於其上的電子元件之間配準不良的示意圖;
圖12是圖7所示傳送站的一種改型的基礎部分的部分放大平面示意圖;
圖13是電子元件放置頭部件的側剖視圖;
圖14是一個電子元件放置頭部件及其外圍的後視圖。
圖15是另一個電子元件放置頭部件及其外圍的後視圖;
圖16是用於電子元件放置頭部件的纏繞連接機構的平面圖;
圖17A圖17B均是電子元件旋轉操作的示意圖;
圖18是通過照象機觀察的電子元件和吸杆的配置仰視圖;
圖19是由皮帶傳送機構支承和定位的印刷電路板的部分側剖視圖;
圖20A是電子元件相對於吸杆的正確姿態示意圖;
圖20B是被吸在吸杆上的電子元件的不正確姿態的示意圖。
以下，將參考
根據本發明的電子元件或晶片安裝設備。
如圖1-3所示的晶片安裝設備的實施例，一般包括多個捲筒30，每個上繞有帶子32，一個固定式晶片供給部件34，該部件含有許多並置或配置成一排的供給單元36，一對傳送站38(38A和38B)，用來臨時把那些從固定供給部件34拾取的電子元件或晶片40(圖4)置於其上，並對每個晶片40的姿態或位置進行修正，一個電子元件或晶片拾取頭部件42，用來從固定式供給部件34拾取晶片40並傳送到傳送站38A和38B，照象機44用於成相處理，皮帶傳送機構46用來把印刷電路板或基片48(48A和48B)傳送至預定位置，電子元件或晶片放置頭部件50(50A和50B)的配置數量與傳送站38A和38B相適應。上述設備元件或部件安裝在一個基座52上。在說明的實施例中如參考標號11A和11B所示，基片48被皮帶傳送機構送到並置於設置在設備上的預定位置，預定位置的數量與傳送站38A和38B相適應。此外，在說明的實施例中，捲筒30排成兩行，每行包括數個捲筒，如圖1和圖2所示。
在圖1中，略去了晶片拾取頭部件42，晶片放置頭部件50A和50B和基片48A和48B。這樣，根據圖1和圖2之間的比較可以容易地了解該實施例。
如圖3所示，晶片拾取頭部件42按這樣的方式配置，能沿一個滾珠絲杆軸54在X方向移動遍及所有供給單元36，該滾珠絲杆軸安置得在所有供給單元36上橫向延伸，拾取頭部件還能在與X方向垂直的Y方向移動，以致能在每個供給單元36的供給位置與每個傳送站38A和38B之間運動，晶片暴露於供給單元36以便頭部件42能從那裡拾取，晶片拾取頭部件42，以下將做詳細說明，包括多個吸杆，其配置能相互無關地垂直移動。
如以下所述，晶片放置頭部件50A和50B包括多個吸杆，每個吸杆安裝在每個X-Y平臺的下表面，X-Y平臺相互分離布置，以便能在X和Y兩個方向上移動。放置頭部件50A適於利用吸力把晶片從傳送站38A取出，並將其放置在左手一側基片48A(圖2)的預定位置上，基片由皮帶傳送機構46承載，基片預先塗復了粘合劑。同樣，晶片放置頭部件50B利用吸力把晶片從傳送站38B取出，並將其放置在右手一側塗有粘合劑的基片48B上，該基片也由皮帶傳送機構46承載。
在該實施例中，皮帶傳送機構46適用於按圖2中的箭頭X，所指方向傳送基片48。
每個照相機44如此配置，使得被吸在每個放置頭部件50A和50B上的每個晶片可以由其成相。為此目的，晶片放置頭部件50A和50B可以按這樣的方式運動，在通過照相機上方位置後分別到達基片48A和48B。
如圖1-3所示和以上簡述，捲筒30安裝在基座52的後部，它們相互依次交錯地排成兩行。每行包括多個捲筒。每個捲筒30可旋轉地支承在那些安裝於基座52的捲筒支架56上。捲筒30的這種交錯地布置成兩行，可使大量的薄壁式供給單元36相互並置。如圖4所示，繞在每個捲筒30上的帶子包括承載帶部分58，它由在橫向和縱向都以相同間隔設置的多個凸起60形成。每個凸起60容納一個晶片40在內。帶子還包括一個罩帶部分62，用來罩住承載帶部分58。帶子32從捲筒拉出並分別引入相應的供給單元36。
圖3清楚地顯示出，供給單元36可拆卸地安裝在固定於基座52的供給單元支座64上，每個單元具有一個供給齒輪，用來以預定的齒距供給帶子32的承載帶部分58一個卷帶盤68，用來卷繞罩帶部分的剝落段，一個導向部件70，用來對剝落的罩帶部分62進行導向。因此，帶子32的結構如下，晶片40容納在承載帶部分58的凸起處60，承載帶部分58被罩帶部分62所覆蓋，帶子32被引入相應的供給單元36，那裡，罩帶部分63被從承載帶部分58上剝落，結果，晶片40在供給位置部被暴露，在這裡晶片拾取頭部件42的吸杆把晶片拾取。
現在，將參考附圖3和5對晶片拾取頭部件9進行詳細說明。
拾取頭部件42安裝在一個縱向X-Y平臺72的下表面上。更具體地說，X-Y平臺72包括一個固定在機架76上的X方向滑動導軌74，機架76豎直地安裝在基座52上，一個X方向滑塊可滑動地被支承在滑動導軌74上。此外，一個內螺紋部件80與X方向滑塊78組合而成，並與那個在X方向橫向延伸在所有供給單元36之上的細長滾珠絲杆軸54螺紋嚙合。軸54的兩端由軸承座82支承，並在一端裝有一個皮帶輪84。皮帶輪84通過皮帶86實現與裝在機架76上的馬達的運轉連接，由此馬達88的驅動力通過皮帶86被傳送至皮帶輪84。這導致X方向滑塊78因滾珠絲杆軸54的旋轉而在所有供給單元36之上的轉動。
在X方向滑塊78的下表面牢固地安裝著Y方向滑動導軌90，Y方向滑塊92被可滑動地支承於Y方向滑動導軌90下表面上。晶片拾取頭部件42安裝在Y方向滑塊92的下側邊。在X方向滑塊78與Y方向滑塊92之間，配置了一個氣缸94，用來把Y方向滑塊在Y方向移動一個預定距離或固定距離。因為在本實施例中，每個供給單元的晶片供給位置與每個傳送站38A和38B之間在Y方向的距離是保持固定不變的。
此外，如以上簡述，晶片拾取頭部件42具有多個吸杆96。更具體地說，在本實施例中，頭部件42具有20個用於正常尺寸晶片的吸杆96A和4個用於大尺寸晶片的吸杆96B，如圖5所示。吸杆96B的安裝間距大於吸杆96A的安裝間距。
圖6展示了一個吸杆驅動機構，它與每個吸杆96A和96B相應或相對布置，用來垂直移動吸杆，為此目的，配置了一個旋轉軸100，軸上固定地安裝了一個筒形凹槽凸輪102。此外，還有一個用於晶片拾取頭部件42的機架104，其中一個軸106以X方向被支承在機架104內。單個凸輪隨動件108的一端固定在軸106上，其另一端樞軸地裝有一個滾輪110。滾輪110與筒形凹槽凸輪102的凸輪槽112銜接。這引起凸輪隨動件108隨筒形槽式凸輪102的旋轉產生樞軸運動。單個的凸輪隨動件108為所有吸杆96A和96B所共有，並在其一端設置多個連接機構，設置方式是相互分離並與各個吸杆對應。每個連接機構114布置得與裝在驅動杆118上端的聯接板116銜接。每個吸杆96A和96B被吸在驅動杆118的下端。
每個驅動杆118以可垂直滑動的方式，安置在方塊122的筒形孔120中，方塊固定安裝在機架104上。更具體地說，驅動杆118如此形成，其上部構成一個用於選擇氣缸的活塞，吸杆96裝在驅動杆118的下端，包括一個具有吸孔128的杆體126，吸孔與穿過方塊122的真空吸力通道130連通，一個固定在杆體126下部的端頭部件132並至少具有吸孔。筒形孔120的上部和下部分別用封口部件134A和134B氣密封閉。筒形孔120內有一空間處於活塞124之上，它與穿過方塊122的壓縮空氣饋入通道138和排氣通道140連通。此外，在筒形孔120內設置了一個壓力彈簧142，它產生一個持續的向上力或推動活塞52。利用與每個吸杆96相對應的閥144來操縱真空吸力通道130，由此通過端頭部件132實現對晶片吸力的開一關控制。同樣，設置與每個吸杆96相對應的閥146，以便操縱排氣，由此，實現吸杆選擇操作的開一關控制。
如圖5所示，在機架104的後側安裝了一個馬達148，通過皮帶150把驅動力傳到固定於旋轉軸100的皮帶輪152上。
具有上述結構的晶片拾取頭部件42，當相應的閥146開通時，選擇氣缸並設有作用於每個吸杆96，以致於，因壓力彈簧142的作用活塞124以及驅動杆49保持在升高位置。因此，吸杆96保持在其升高位置而與凸輪隨動件108的樞軸運動無關，結果防止了吸杆96對晶片的吸力作用。反之，當相應的閥146關閉時，選擇氣缸作用於每個吸杆96，以致於驅動杆118的活塞124可以抵抗壓力彈簧142向下運動。這使得吸杆96可以隨凸輪隨動件108的樞軸運動而垂直移動，結果實現吸杆對晶片的吸力作用。因此，應注意到，通過凸輪機構實現吸杆96的驅動，由此保證以高速吸取晶片。
每個傳送站38可以按如圖7至9所示方式構造。傳送站38包括固定於基座52的站機架160，一個Y方向滑動導向軸162固定安裝在站機架上。一個Y方向滑塊164被可滑動地支承在Y方向滑動導向軸162上，一個用來在其上放置晶片的晶片臺牢固地設置在滑塊164上。在晶片臺166上確定了晶片吸取位置Q，其數量與置於其上晶片數量相應，每個晶片吸持位置由至少一個吸孔168(168A或168B)所形成。在本實施例中，每個位置是由一個這樣的吸孔確定的。於是，在本實施例中，圖7中左側的四個吸孔168B在N方向以較大的相等間隔設置，用來利用吸力吸住大尺寸晶片，右側的20個吸孔108A在N方向以較小的相等間隔設置，用來吸住通常尺寸晶片。吸孔168A和吸孔168B通常分別與形成在晶片臺166中的吸力通道170A和170B連通，吸力通道170A和170B均通過開-關控制閥與負壓源(未畫出)相連，例如真空泵或類似裝置。
在站機架160上，裝有一個氣缸172用來在Y方向調準晶片，一個氣缸174用來卸下已停止吸取的晶片至一個沿晶片臺166設置的晶片貯器176中。氣缸172和174的活塞杆適於緊靠在固定於安裝板178的止動螺栓180A和180B，安裝板178組裝在晶片臺166的下側面。晶片臺在圖7的Y1方向通過彈簧裝置持續受力。
此外，傳送站38包括一個X方向滑塊182，它被可移動地支承在機架160上，以便在X方向滑動。一個位置控制板184固定在滑塊182上，用來對置於晶片臺上的晶片進行定位修正，或者用吸孔168調準晶片。在X方向滑塊182與站機架160之間設置了一個氣缸186，用來在X方向調準或修正晶片。在位置控制板184的平端表面上設置了多個從該端突出的齒188，以便形成多個X方向調準或修正的表面裝置190和多個Y方向調準或修正的表面裝置，192，後者均限定在相鄰的X方向調準表面裝置190之間。突出齒188與吸孔168A相對應設置。
在Y方向滑塊164與站機架160之間，設置了拉簧191，以便在那個使位置控制板184的端部離開晶片臺166的吸孔168的方向上拉動Y方向滑塊164，除了吸孔的設置之外，站38A和38B兩者當然都使用上述的傳送站38的結構。更具體地說，在站38B中，用於大尺寸晶片的四個吸孔168B可以取消，因此站38B上僅僅包括20個用於通常尺寸晶片的吸孔168A。
現在，將參考附圖10A和10B以及圖1至9，對按上述構造的傳送站的工作方式進行說明。
首先，利用晶片拾取頭部件42，把多個晶片40從晶片供給部件34傳送到晶片臺166上的晶片吸住位置Q並在其上每隔一定間距放置，在此過程中，吸孔168A和168B承受真空吸力，結果晶片40被吸力吸在晶片臺166上。然後，開動Y方向修正氣缸172，使每個吸孔168A與位置修正板184的每個Y方向調準面192之間的間距設定在一個如圖10A所示的預定量。之後，開動X方向調準氣缸186，使每個吸孔168A與位置調準板184的每個X方向調準面190之間的間距設定在一個如圖10B所示的預定量。因此，每個晶片被定位修正。結果，每個晶片40的中心通過真空吸孔168A被吸在晶片臺166上，並與相應的吸孔中心配合一致。
當晶片40與吸孔168B配合一致時，Y方向和X方向調準氣缸172和186返回其原位，使位置調準板184保持在與晶片40分離的位置。接著，如以下所述，晶片被晶片放置頭部件取出並傳送到基片。
在晶片吸取過程中，因放置頭部件對晶片的吸力中斷面引起的晶片在晶片臺166上的任何遺留，都會阻礙由晶片拾取頭部件執行的下一批晶片從供給部件至晶片臺的傳送。在本實施例中，為了避免這樣的問題，在下一批晶片傳送至晶片臺166之前，開動氣缸卸下晶片，在這一點上，實質是按圖9中箭頭194所示移動Y方向滑塊164，結果遺留的任何晶片都被位置修正板184卸到晶片貯器176中。
如上所述，在本實施例中，晶片臺上的每個晶片吸住位置Q設置一個吸孔。然而，它也可以設置兩個或更多的這種吸孔。
如果在傳送站不進行晶片的定位修正和/或調準，即使通過把吸在吸杆上的晶片姿態進行成相處理，來對晶片相應於基片的位置進行修正，在晶片安裝頭部件50的每個吸杆中心與晶片40中心之間也會發生配準不良，以及由於晶片40與基片48之間插入粘合劑，使得晶片發生如假想線所示的不正確姿態。本實施例能使晶片中心與放置頭部件的吸杆中心充分地配合一致，因此有效地克服了上述缺點。
圖12展示了上述傳送站的一種改型，其中每個晶片吸住位置Q設置了數個或許多較小吸孔168′。這種結構使得每個晶片吸住了位置Q由一組小吸孔168′構成，結果使得尺寸或構形實質不同的各種晶片都可以被吸力可靠地吸住。
正如從上述可以看到的，在傳送站中，單個位置調準或修正板的設置方式是多個晶片共用，結果，可以簡單的方式，同時快速地完成晶片的定位修正和調準。此外，傳送站的尺寸可以大大地減小，因為不需要對每個晶片設置晶片定位結構，並且可以極大地減小每個相鄰的晶片吸住位置之間的間距。
圖13展示了晶片放置頭部件50(50A或50B)，它用來通過吸力把晶片從傳送站38取走，並通過晶片傳送至基片來把晶片放置在基片上。晶片放置頭部件50A和50B除了吸杆的設置置外，其結構可以實質相同。
晶片放置頭部件50被承載在X-Y平臺200的下側面上。更具體地說，如圖3所示，Y方向滑塊202被支撐在設置於部件50機架的Y方向滑塊導軌上，以便能在Y方向滑動，一個與Y方向滑塊202組合一體的內螺紋部件與載於機架的Y方向滾珠絲杆軸204相嚙合，以便由滾珠絲杆軸204的旋轉帶動Y方向滑塊202在Y方向移動。在Y方向滑塊202的下側面安裝了一個X方向滑動導軌206，其上支承了一個X方向滑塊208，以便在X方向滑動，一個與X方向滑塊208組合一體的內螺紋部件與載於Y方向滑塊202的X方向滾珠絲杆軸210相嚙合。以便由滾珠絲杆軸210的旋轉帶動X方向滑塊208在X方向移動。放置頭部件50安裝在X方向滑塊208的下側面。
在實施例中，如圖14所示，晶片放置頭部件50A包括吸杆212，其設置方式與晶片拾取頭部件42的吸杆的設置以及傳送站38A的吸孔168A的設置相對應。因此，部件50A包括20個用於通常尺寸晶片的吸杆212A和4個用於大尺寸晶片的吸杆212B。
圖15展示了用來操縱傳送站38B上的晶片的另一個晶片放置頭部件50B。頭部件50B裝在X-Y平臺214的下側面，並包括與傳送站38B的吸孔設置相應的吸杆設置，因此只包括20個用於通常尺寸晶片的吸杆212A。圖15中，參考標號216表示與照相機44相聯繫的照明裝置。
如圖13所示，晶片放置頭部件50(50A或50B)包括與吸杆212相應設置的吸杆驅動機構218，用來分別垂直移動和旋轉吸杆212。更具體地說，每個機構218包括一個機架220和一定固定於機架220的方塊222。方塊222上設置了一個圓筒形孔224，其中插入一個驅動元件或部件226，其下端裝有吸杆212，插入方式是在垂直方向或正方向可滑動並可圍繞其軸旋轉。驅動部件在其上端起一個驅動杆228作用。此外，在機架220上承載了一個旋轉軸230，以便在Y方向延伸，其上固定了一個筒形開槽凸輪232。機架220上支承了一個在X方向延伸的軸234，其上安裝了單個凸輪從動件236。凸輪從動件236的一端上樞軸地安裝了一個滾輪238，它與開槽凸輪232的凸輪槽240相接合。這導致由開槽凸輪232的旋轉帶動凸輪從動件236產生樞軸運動。單個凸輪從動件236為所有吸杆212所共用，在其另一端的相互分離的方式設置一個連接件，並與各個吸杆相對應。每個連接件212設置得便於與裝在驅動杆228上端的聯結板244相銜接。
每個吸杆212由一個吸孔形成，它通過驅動部件和方塊222的真空吸力通道和閥246與負壓源連通，負壓源是例如真空泵或其它類的裝置。在每個驅動杆228之上設置了一個選擇氣缸248，它固定在機架220上。對每個選擇氣缸248供給的壓縮空氣由開-關閥250控制。下端裝有吸杆212的驅動部件226被圍繞驅動杆228設置的壓縮彈簧260持續向上推著。
在驅動元件或部件226上固定安裝了一個齒輪262，它與旋轉地支承在機架220上的齒輪264相嚙合。齒輪264與一個與離合器270的從動軸268組合一體的齒輪266相嚙合。在從動軸268下端設置了一個基本上是圓錐形的凹槽272用於摩擦連接，並以可旋轉及軸向稍微可動的方式支承在機架220上。離合器270還包括一個主動軸274，其上端設置了一個圓錐形凸塊276與凹槽272相對應。因此，當開動用於連接的氣缸，向下移動從動軸268時，通過凹槽272和凸塊276，軸265運轉地與主動軸274相連，把軸268的旋轉力傳給軸274。當設有開動氣缸278時，壓簧280起到向上推動從動軸44的作用，使得凹槽272與凸塊276分離，實現軸268與274之間的分離，同時通過制動板228把齒輪266受壓地緊靠在機架220的固定板290上，以防止從動軸268空轉。
離合器270的主動軸274可旋轉地支承在機架220上，其下端固定設置了一個皮帶輪292，用來旋轉吸杆212。相應地，機架220上固定了一個設備294，其上樞軸地安裝了一個導向皮帶輪296。
圖16展示了用來把驅動力從單個動力源傳送至每個吸杆212的裝置，它包括與每個吸杆212對應設置的吸杆旋轉皮帶輪292，與每個吸杆對應的導向皮帶輪296，每一個導向皮帶輪298、300和302設置在機架220的兩側，裝有減速機構的共同馬達304，一個固定在馬達304驅動軸上的驅動皮帶輪306，以及皮帶輪之間的調節皮帶308的拉緊方式。正如從圖16所能見到的，用於旋轉吸杆212的皮帶輪是以相同的角度在同一方向旋轉的。參考標號310代表用於對壓縮空氣源至氣缸278的開-關控制的閥門。
在具有上述結構的晶片放置頭部件50中，由於與每個吸杆212對應的閥250開通，壓縮空氣驅動選擇氣缸248，使得杆部件226以及吸杆212抵抗壓簧260向下運動，以致吸杆212可以隨凸輪隨動件236的樞軸運動而垂直運動，結果為其吸取操作做好準備。每個吸杆212對晶片的吸取開始時間是，當X-Y平臺214移動放置頭部件50的每個吸杆212至傳送站38的相應晶片吸住位置之上的位置時。然後，吸杆212利用吸力把晶片吸住放置在傳送站38上。當需要用吸杆旋轉任一晶片時，開動相應的閥310來驅動氣缸278，以便實現離合器連接。吸在吸杆212上的晶片通過齒輪旋轉至一預定旋轉角的位置，該旋轉角與聯動連接保持或持續時間相對應。在本例中，利用吸杆212旋轉晶片是通過主旋轉操作進行的，把晶片40旋轉一個大角度θ例如45度、90度，180度，270度等。如圖17A所示。作為一種替換，它可以是一種修正操作，把晶片40旋轉一個微角或α角△θ，來修正晶片的姿態，如圖17B所示。
與吸杆對應的閥250關閉時選擇氣缸對吸杆無作用，以致吸杆保持在其上升位置，而沒有進行吸取操作。
晶片放置頭部件50於是移動至處於預定位置的基片之上的位置，其吸杆利用吸力把晶片吸於其上並旋轉，以便把晶片按希望旋轉一個預定旋轉角。然後，連續選擇地開動吸杆，來把晶片放置在塗有粘合劑的基片預定位置上，結果晶片被安置在基片上。
如上所述，晶片放置頭部件50的吸杆212的開動是由凸輪機構協行的，結果，與由氣缸裝置直接開動吸杆相比，開動速度提高了。
為了成象處理方便起見，如圖13和18所示，在接近每個吸杆212的地方，設置了標記杆312。設置方式是每個標記杆312X方向的位置與吸杆X方向的位置對準。
此外，在放置頭部件50中，對每個吸杆212設置了離合器270。另外，雖然多個離合器主動軸274是由一個旋轉動力源來旋轉的，組成對的離合器從動軸268與離合器主動軸274之間的連接時間設定為相互獨立的適當長度。這種結構允許各個吸杆相互獨立地各自設定預定的旋轉角度，同時還可以使放置頭部件小型化和緊湊。
如上所述，在放置頭部件，單個動力源其用於所有吸杆的驅動，而且進行聯動連接的時間的確定對於每個吸杆來說是獨立的，因此相應於多個吸杆的旋轉角的設定可以快速完成。此外，即使吸杆數量增多也可簡化結構。結果頭部件緊湊了。
圖18是通過照相機44觀察的晶片40吸在吸杆上的俯視圖。圖18中的圓圈314表示照相機的視野。每個照相機44的快門如此地被操縱，以致於當放置頭部件50以不變的速度通過照相44上方時，吸杆212和標記杆312成對地處於照相機的視野中。放置頭部件50無需在照相機上方停止，因此減少了頭部件50從傳送站38至基片48的移動時間。
現在，將參考附圖1、3和19，說明皮帶傳送機構46。
機構46包括一對在X方向對基片進行滑動導向的導軌316，一個把基片連續送至預定的停止位置或晶片放置位置的皮帶318。在本實施中，設定了兩個這樣的停止位置。基片在圖2的X1方向被傳送。此外，機構46還包括一對可垂直移動的板320，每個上設置了定位杆322，以便由此向上伸長。每個定位杆322適用於，當基片被傳送至兩個晶片放置位置中的一個，並由此基片被吸在該位置上時，插入基片48的定位孔324。以下將參考附圖，對晶片安裝設備的上述實施例的晶片安裝操作方式進行說明。
晶片拾取頭部件42的吸杆96A和96B在供給部件34的期望的供給單元36的晶片供給位置部降下，利用吸力把期望的通常的尺寸和大尺寸的晶片拾取並升起。吸杆96A和96B的這種操作是連續或同時進行的，當所有吸杆96由此利用吸力吸住期望的晶片40時，拾取頭部件移動至一個傳送站38或傳送站38A的晶片臺166，如圖7所示，吸杆96同時下降以此拾取晶片臺166上的晶片40。於是，拾取頭42回到供給部件34之上的位置。然後，吸杆從所期望的供給單元拾取通常尺寸的晶片40並把它們傳送至傳送站38B。
在每個傳送站38A和38B，位置控制板184按照圖10A和10B所示的程序，實行與晶片吸住位置Q的吸孔168相對應的晶片定位修正。
然後，晶片放置頭部件50A的吸杆212A和212B降下，從傳送站38A吸起定位修正後的晶片40並向上運動。吸杆212A和212B在X方向以恆定速度越過與傳送站38A相鄰設置的照相機44，然後到達預先放置在晶片放置位置的印刷電路板48A之上的位置。
照相機44產生如圖18的圓圈314所示靜止圖象，以便計算X方向上標記杆312與照相機44視野中心O之間的偏移S，以及測量與標記杆312相對應的吸杆212的位置。因此，通過成象處理，對吸杆212相對應的晶片姿態進行識別。圖20A顯示了晶片40的正確姿態。
圖20B展示了與吸杆212相對應的晶片40定位失敗的一個例子，其中△x表示X方向偏移，△y表示Y方向偏移，△θ是旋轉方向的偏移。△x和△y由X-Y平臺214修正，△θ由吸杆212的旋轉修正，此外，當晶片方向需要改變時，例如晶片40旋轉90度角，這同樣可由吸杆的旋轉來實現。
因此，放置頭部件50的吸杆212A和212B降低至施有粘合劑198的印刷電路板上的晶片放置位置，同時根據通過照相機44所獲得的靜止圖象的處理結果，按需要改變每個X-Y平臺214和吸杆的位置，以便完成晶片在基片上的安裝。
同樣地，晶片放置頭部件50B的吸杆212A降下，從傳送站38B取走定位修正後的晶片40並向上運動。吸杆212A在X方向以恆定速度越過與傳送站38B相鄰設置的照相機44，然後到達預先放置在晶片安裝位置的印刷電路板48B之上的位置。接著，根據照相機44所獲得的靜止圖象，檢測每個晶片與相應吸杆212A之間的偏移△x、△y和△θ。如果需要，由X-Y平臺進行△x和△y的修正，通過吸杆的旋轉進行△θ的修正。此外，如果需要，由吸杆的旋轉來改變晶片40的方向。之後，放置頭部件50B的吸杆212A同樣地降下至印刷電路板48B上的晶片放置位置，由此進行晶片在基片上的安裝。
正如從以上說明所看到的，本發明的晶片安裝設備是如此構造的，以至傳送站放入晶片供給部件與基片傳送機構之間地設置，使得根據往復轉換機構來操縱晶片。這種結構允許由放置頭部件把預先拾取的晶片放置在基片上之前，下一個晶片被拾取頭部件從供給部件拾取。由此，實質上減了從晶片供給部件拾取晶片至晶片放置在基片上之間所需時間，結果，與安裝頭直接往復於晶片供給部件與基片之間的現有技術相比，進行晶片安裝操作的速度提高了。
此外，在本發明中，晶片拾取頭部件和晶片放置頭部件均包括多個吸杆，因此可以有效地操縱各種類型的晶片。
在本發明的設備中，一個能在短時間進行快速操作的晶片拾取頭覆蓋了兩個或更多的傳送站。因為每個頭部件在基片上越過的總距離大大地增多了，所以在基片上放置晶片需要很多時間，晶片放置頭部件的設置數量與傳送站相對應，以便由放置頭部件進行晶片設置操作，相對於每個基片可以獨立進行，基片數量與傳送站相對應。因此，應注意到，本發明的晶片拾取頭部件和晶片放置頭部件兩者的布置，在晶片安裝操作中晶片從供給部件拾取與晶片在基片上放置之間，形成了優異的時間平衡。
此外，在本發明中，利用照象機的成象處理，對與吸杆對應並被吸於其上的晶片姿態進行修正，從而導致安裝精度提高。
進一步，在本發明中，晶片供給部件是固定的，因此與傳統的移動供給部件相比，可以顯著地減少安置設備所需佔地面積，並且在相同的佔地面積可以增加供給單元的設置數量。
雖然，結合附圖對本發明的優選實施例進行了具體、特定的說明，但在上述技術指教下可以做出顯而易見的改進和變型，因此應該了解到，在所提權利要求範圍內，可以採取與上述特定說明不同的其它方式實施本發明。
權利要求
1.一種電子元件安裝設備，包括包括多個電子元件供給單元的固定式供給部件，用於供給電子元件；多個傳送站；一個包括多個吸杆的電子元件拾取頭部件，用於利用吸力從所說的固定式供給部件拾取電子元件並把它們放在所說的傳送站上；多個電子元件放置頭部件，其設置數量與所說的傳送站相對應並且每個包括多個吸杆；所說的放置頭部件利用吸力從所說的傳送站取走電子元件，把它們放置在數量與所說的傳送站相對應設置的基片上。
2.根據權利要求1的電子元件安裝設備，還包括照相機，用於對吸持在所說放置頭部件的每個所述吸杆上的電子元件進行成象;所說的放置頭部件從所述傳送站吸持取走所述元件，越過所述照相機並把所述電子元件放置在所述基片上。
3.根據權利要求1或2的電子元件安裝設備，其中所述傳送站設置了電子元件吸取位置，其數量與所述放置頭部件的所述吸杆相對應。
4.根據權利要求2的電子元件安裝設備，其中通過所述照相機所獲得的所述電子元件的成象被用來檢測所述電子元件與所述吸杆之間的配準不良，以便在所述電子元件被放置在所述基片上時修正所述吸杆的位置。
5.根據權利要求2的電子元件安裝設備，其中拾取頭部件的某些吸杆和放置頭部件的某些吸杆以增大的間距設置。
6.根據權利要求2的電子元件安裝設備，其中每個傳送站包括一個電子元件臺，其上設有多個在X方向配置的電子元件吸住位置，每個所述吸住位置是由至少一個吸孔形成的;一個位置控制板，由多個X方向定位表面裝置和多個垂直於所述X方向定位表面裝置的Y方向定位表面裝置構成，用於對放置於所述臺上的電子元件進行修正;所述的臺和位置控制板可以在X和Y方向相對運動。
7.根據權利要求2的電子元件安裝設備，其中每個放置頭部件包括頭機架;支承在所述頭機架上的多個驅動元件，可以垂直移動和轉動，並且每個在其下端裝有吸杆;多個與所述驅動元件對應設置的離合器，每個包括支承在所述頭機架上的從動軸和主動軸，以便有選擇地相互銜接;相互對應的從動軸和驅動軸通過傳輸機構分別相互運轉連接;一個共用驅動軸，通過纏繞連接機構與所述主動軸運轉連接，以致主動軸可以在相同方向旋轉相同角度，結果每個所述驅動元件的旋轉角由所述離合器進行連接的時間來確定。
8.根據權利要求7的電子元件安裝設備，其中所述驅動元件由凸輪機構驅動。
9.用於電子元件安裝設備的傳送站，包括一個電子元件臺，其上在X方向設有多個電子元件吸住位置，每個所述吸住位置由至少一個吸孔形成;位置控制板，由多個X方向定位表面裝置和多個垂直於所述X方向定位表面裝置的Y方向定位表面裝置構成，用來對放置在所述臺上的電子元件進行修正;所述臺和位置控制板可以在X和Y方向相對運動。
10.用於電子元件安裝設備的電子元件安裝頭，包括一個頭機架;多個支承在所述頭機架上的驅動元件，可以垂直運動和旋轉，每個下端裝有吸杆;多個與所述驅動元件對應設置的離合器，每個包括支承在所述頭機架上的從動軸和主動軸，以便有選擇地相互銜接;相互對應的從動軸和驅動軸通過傳輸機構分別相互運轉連接;一個共用驅動軸，通過纏繞連接機構與所述主動軸運轉連接，以致主動軸可以在相同方向旋轉相同角度，結果每個所述驅動元件的旋轉角由所述離合器進行連接的時間來確定。
11.根據權利要求10的電子元件安裝頭，其中所述驅動元件是由凸輪機構驅動的。
全文摘要
一種電子元件或晶片安裝設備，能以高速，高精確度進行晶片安裝操作。該設備包括兩個傳送站，一個在晶片供給部件與傳送站之間往復運動的晶片拾取頭，兩個在傳送站與安裝總片的基片之間往復運動的晶片放置頭，以便根據往復轉換系統進行晶片安裝操作，以及高效率地進行放置晶片於基片的操作。
文檔編號H05K13/04GK1038740SQ8910629
公開日1990年1月10日 申請日期1989年6月16日 優先權日1988年6月16日
發明者針金宏太郎, 高橋賢一, 本田裕明 申請人:Tdk株式會社