CN101740451B - 芯片分拣设备的顶针机构 - Google Patents

Abstract

芯片分拣设备的顶针机构，包括机架，固定于机架的套筒，可升降地设置于套筒内的顶针轴，固定于顶针轴顶端的顶针，以及驱动顶针轴上下运动的驱动机构，顶针轴外缘与套筒内缘之间形成有负压腔，负压腔顶部封盖有顶盖，该顶盖开设有通气孔及供顶针伸出的针孔，顶针轴内开设有连通负压腔的排气通道，该排气通道通过设置于顶针轴下部的气动接头与负压装置连接；工作时，负压装置启动，抽取负压腔内的空气，通过通气孔吸附顶盖上方的翻晶膜，当顶针伸出并刺破翻晶膜时，仅有吸附于顶盖表面的部分翻晶膜变形，顶针行程缩短，提高了分拣效率，且延长了使用寿命。

Description

芯片分拣设备的顶针机构

技术领域：

本发明涉及芯片分拣设备技术领域，特别涉及芯片分拣设备的顶针机构。 

背景技术：

芯片分检设备用于对芯片进行分类排放。工作过程中，待分拣的芯片被均匀粘贴在翻晶膜上，翻晶膜被绷紧固定在由内外圈紧密配合的尼龙环即托盘上；托盘安装于能够X、Y向移动并绕自身轴线做45°旋转的供给圆筒形平台上，平台上部的扫描CCD系统对翻晶膜上每颗芯片进行识别及定位。芯片移送系统对每个芯片进行抓取，并将其按照规则放置到接收平台，完成芯片分拣。 

顶针机构是芯片分拣设备上一个重要的组成部件，它安装在供给圆筒形平台内下方；其主要功能是驱动顶针从晶粒正中心的下方上顶，克服芯片与翻晶膜之间的粘着力将芯片顶起，以便于上方吸嘴将芯片吸走。顶针机构设计是实现芯片分拣工艺的关键，顶针顶起的运动特征决定了芯粒吸取的成败。 

现有的顶针机构在工作时，通过顶起翻晶膜，使弹性的翻晶膜变形，而从芯片四周逐渐向中心脱离与芯片的粘合，从而分离芯片；由于翻晶膜为弹性膜，顶针在顶起翻晶膜时，整个翻晶膜均产生变 形，顶针需要较大的顶起行程才能使芯片从翻晶膜表面分离，且易发生挠动影响动作精度，降低了分拣效率。 

发明内容：

本发明的目的在于针对现有技术的不足而提供一种芯片分拣设备的顶针机构，其顶针行程小，翻晶膜局部变形小，节省耗材，分拣效率高，顶针使用寿命长。 

本发明的目的通过以下技术措施实现： 

芯片分拣设备的顶针机构，包括机架，以及固定于机架的竖向套筒；所述套筒内设置有可升降的顶针轴，所述顶针轴顶端固定有顶针，顶针轴与一驱动顶针轴作上下运动的驱动机构连接，所述顶针轴外缘与套筒内缘之间形成有负压腔，所述负压腔顶部封盖有顶盖，该顶盖开设有通气孔及供顶针伸出的针孔，所述顶针轴内开设有连通所述负压腔的排气通道，该排气通道通过设置于顶针轴下部的气动接头与负压装置连接。 

本发明的进一步技术方案包括： 

所述顶盖上表面开设有环绕所述针孔的环形槽，所述环形槽与所述通气孔连通。 

进一步地，所述套筒包括主体、套筒帽和紧固环圈，所述主体固接于机架，主体上端内缘开设有安装槽，所述套筒帽下端伸入所述安装槽并抵压安装槽槽底，所述套筒帽下部径向向外凸设有一基座，所述顶盖设置于所述套筒帽顶端，所述紧固环圈下部伸入所述 安装槽内，并夹设于套筒帽与所述安装槽侧槽壁之间，所述紧固环圈与所述主体螺接，紧固环圈下端面与所述基座顶面相匹配并抵压于所述基座顶面，所述套筒帽与安装槽的接触面设置有密封圈。 

更进一步地，所述顶针轴与套筒之间设置有直线轴承，该直线轴承设置于所述负压腔下方，所述顶针轴表面开设有沿长度方向的导向槽，所述套筒内壁对应所述导向槽的位置凸设有导向滚珠，所述导向滚珠与所述导向槽滚动配合。 

另一方面，所述顶针轴顶部开设有供顶针插入的插孔，所述插孔孔壁开设有至少两道的缺口槽，所述顶针轴上部外缘呈直径逐渐减小的锥形面，所述顶针轴在所述锥形面外固定套接有一轴帽，所述轴帽内缘与所述锥形面相匹配。 

根据以上所述的，所述驱动机构包括一与伺服电机输出轴连接的偏心凸轮，以及固定于顶针轴下端并与所述偏心凸轮侧缘接触的托架。 

其中，所述托架枢接有一轨迹轴承，托架通过所述轨迹轴承与所述偏心凸轮接触，所述托架与所述套筒之间设置有使轨迹轴承与偏心凸轮保持紧密接触的压紧弹簧。 

其中，所述偏心凸轮的轮轴与伺服电机输出轴通过一弹性联轴器连接。 

此外，所述机架设置原位感应器，所述原位感应器与控制所述伺服电机的控制电路电连接。 

其中，所述机架设置有分别沿X、Y、Z方向调节套筒的调节装 置，该调节装置设置有锁紧装置。 

本发明有益效果为：该芯片分拣设备的顶针机构包括机架，以及固定于机架的竖向套筒，所述套筒内设置有可升降的顶针轴；所述顶针轴顶端固定有顶针，顶针轴与一驱动顶针轴作上下运动的驱动机构连接，所述顶针轴外缘与套筒内缘之间形成有负压腔，所述负压腔顶部封盖有顶盖，该顶盖开设有通气孔及供顶针伸出的针孔，所述顶针轴内开设有连通所述负压腔的排气通道，该排气通道通过设置于顶针轴下部的气动接头与负压装置连接；工作时，负压装置启动，通过所述排气通道抽取负压腔内的空气，使负压腔内气压减小，从而通过顶盖的通气孔将顶盖上方的翻晶膜吸附于顶盖表面，这样顶针在顶针轴带动下伸出针孔并顶动翻晶膜时，仅有吸附于顶盖表面的部分翻晶膜变形，从而使顶针顶起或刺破翻晶膜而剥离芯片的行程缩短，提高了芯片分拣设备的分拣效率，且延长了顶针使用寿命。 

附图说明：

利用附图对本发明作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本发明的任何限制。

图1是本发明的一种芯片分拣设备的顶针机构的结构示意图； 

图2是本发明的芯片分拣设备的顶针机构的左视图； 

图3是本发明的芯片分拣设备的顶针机构的右视图； 

图4是本发明的套筒与顶针轴的装配示意图； 

图5是本发明的套筒上部的局部示意图； 

图6是本发明的顶盖的俯视图； 

图7是本发明的X向调节平台的结构示意图； 

图8是本发明的X向调节平台的侧面结构示意图； 

图9是本发明的X向调节平台的俯视图。 

图1至图9中包括： 

1——机架          2——套筒         21——主体 

22——套筒帽       23——紧固环圈    24——密封圈 

25——直线轴承     26——导向滚珠    27——密封套 

28——星形密封圈   3——顶针轴       31——排气通道 

32——气动接头     33——导向槽      34——缺口槽 

35——锥形面       36——轴帽        4——顶针 

5——负压腔        6——顶盖         61——通气孔 

62——针孔         63——环形槽      71——伺服电机 

72——偏心凸轮     73——托架        74——轨迹轴承 

75——压紧弹簧     76——轮轴        77——弹性联轴器 

8——原位感应器    9——调节装置     91——锁紧装置 

92——X向调节平台  921——固定台     922——滑动台 

923——导轨副      924——旋钮       10——托盘 

101——翻晶膜    11——芯片 

具体实施方式：

下面结合附图对本发明作进一步的说明，见图1至图9所示，这是本发明的较佳实施例： 

芯片分拣设备的顶针机构，包括机架1，以及固定于机架1的竖向套筒2，所述套筒2内设置有可升降的顶针轴3，所述顶针轴3顶端固定有顶针4，顶针轴3与一驱动顶针轴3作上下运动的驱动机构连接，所述顶针轴3外缘与套筒2内缘之间形成有负压腔5，所述负压腔5顶部封盖有顶盖6，该顶盖6开设有通气孔61及供顶针4伸出的针孔62，所述顶针轴3内开设有连通所述负压腔5的排气通道31，该排气通道31通过设置于顶针轴3下部的气动接头32与负压装置连接。 

见图1和图3所示，本发明安装于托盘10下方，所述顶盖6上端面与托盘10的翻晶膜101下表面接触；驱动机构由芯片分拣设备的控制系统控制。工作时，托盘10移动至待分拣芯片11位于顶针4正上方的位置，负压装置启动，通过所述排气通道31抽取负压腔5内的空气，使负压腔5内气压减小，从而通过顶盖6的通气孔61将顶盖6上方的翻晶膜101吸附于顶盖6表面；驱动机构启动，推动顶针轴3在套筒2内上升，顶针4从所述针孔62内伸出，顶起翻晶膜101，使顶盖6吸附范围内的翻晶膜101隆起变形或被刺破，粘附于其上的芯片11被顶针4顶起而脱离与翻晶膜101的粘合，从而被 芯片分拣设备的吸嘴吸取；芯片11被吸取后，驱动机构驱使顶针轴3下降，所述顶针4缩回至不超出针孔62上端的位置；负压装置反向启动，空气自气动接口沿顶针轴3内的排气通道31进入负压腔5，负压腔5内气压恢复常压，从而使翻晶膜101上下表面的气压差消失，翻晶膜101不再被吸附于顶盖6顶端面，托盘10在芯片分拣设备的控制系统控制下移动至下一个待分拣芯片11正对顶针4的位置，即完成一个芯片11剥离的动作循环。 

由于顶针4伸出针孔62并顶动翻晶膜101时，仅有吸附于顶盖6表面的部分翻晶膜101变形，从而使顶针4顶起或刺破翻晶膜101而剥离芯片11的行程缩短，提高了芯片分拣设备的分拣效率和顶针4动作精度，且延长了使用寿命。

此外，由于所述顶针轴3内开设有排气通道31，垂直于所述顶针轴3轴线的气动接头32连接于顶针轴3下端，则不必在套筒2壁上开设安装气动接头32的安装孔，由于气动接头32不安装于套筒2外缘，从而减小了套筒2的截面尺寸，使套筒2结构更紧凑，这样套筒2在托盘10下方的分拣区域增大，提高了设备利用率。 

见图6所示，所述顶盖6上表面开设有环绕所述针孔62的环形槽63，所述环形槽63与所述通气孔61连通。这样，顶盖6吸附翻晶膜101时，所述环形槽63的位置形成被吸附翻晶膜101的封闭边缘，而所述环形槽63外缘的翻晶膜101不会因顶针4顶起而变形，进一步提高了顶针4的工作可靠性。 

见图4和图5所示，所述套筒2包括主体21、套筒帽22和紧固 环圈23，所述主体21固接于机架1，主体21上端内缘开设有安装槽，所述套筒帽22下端伸入所述安装槽并抵压安装槽槽底，所述套筒帽22下部径向向外凸设有一基座221，所述顶盖6设置于所述套筒帽22顶端，具体地说，本实施例所述顶盖6与所述套筒帽22一体成型，所述紧固环圈23下部伸入所述安装槽内，并夹设于套筒帽22与所述安装槽侧槽壁之间，所述紧固环圈23与所述主体21螺接，紧固环圈23下端面与所述基座221顶面相匹配并抵压于所述基座221顶面，所述套筒帽22与安装槽的接触面设置有密封圈24。 

其中，所述负压腔5由顶盖6、套筒帽22、主体21、顶针轴3围覆而成，为了保证气密性，所述负压腔5下端封盖有密封套27，所述密封套27夹设于顶针轴3与套筒2内壁之间，该密封套27对应顶针轴3外缘的位置，以及对应套筒2内壁的位置分别设置有星形密封圈28；同时，设置于套筒帽22底部的密封圈24亦保证了套筒帽22与安装槽槽底接触面的气密性。 

由于顶针4容纳于套筒2内，上述结构的套筒2有利于顶针4的安装和维修更换。具体地说，所述主体21上端低于顶针轴3上端，需要安装或检修顶针4时，先从所述安装槽内拧出所述紧固环圈23，再取出所述套筒帽22，则顶针4露出套筒2，以方便地更换或安装。在顶针轴3顶部固定好顶针4后，再将套筒帽22下端插入所述安装槽，使套筒帽22底部紧抵安装槽槽底；最后从套筒帽22周缘将紧固环圈23插入安装槽，并拧紧，使紧固环圈23下端紧压所述基座221顶面，从而将套筒帽22固定于主体21顶部，而形成负压腔5。 

见图4所示，所述顶针轴3与套筒2之间设置有直线轴承25，该直线轴承25设置于所述负压腔5下方，所述顶针轴3表面开设有沿长度方向的导向槽33，所述套筒2内壁对应所述导向槽33的位置凸设有导向滚珠26，所述导向滚珠26与所述导向槽33滚动配合。所述直线轴承25有利于减小顶针轴3升降时与套筒2内壁的摩擦力，减小磨损，提高顶针轴3的使用寿命；而所述导向滚珠26与所述导向槽33的配合，保证了顶针轴3沿其轴线作升降运动，而避免顶针轴3的转动，提高了本发明的工作可靠性。 

见图5所示，所述顶针轴3顶部开设有供顶针4插入的插孔，所述插孔孔壁开设有至少两道的缺口槽34，所述顶针轴3上部外缘呈直径逐渐减小的锥形面35，所述顶针轴3在所述锥形面35外固定套接有一轴帽36，所述轴帽36内缘与所述锥形面35相匹配。这有利于顶针4的拆装；由于供顶针4插入的插孔孔壁开设有缺口槽34，这样插孔可以产生径向扩张，使插孔孔径变大，可以方便地从所述插孔内插拔顶针4；在所述插孔内插入顶针4后，从顶针轴3顶部套入所述轴帽36，所述锥形面35具有导向作用，可使轴帽36顺利降下并紧固于顶针轴3外缘；由于有所述轴帽36的约束，所述插孔不能外扩，从而使顶针4被固定于所述插孔内。 

见图1和图2所示，所述驱动机构包括一与伺服电机71输出轴连接的偏心凸轮72，以及固定于顶针轴3下端并与所述偏心凸轮72侧缘接触的托架73。 

其中，所述托架73枢接有一轨迹轴承74，托架73通过所述轨 迹轴承74与所述偏心凸轮72接触，所述托架73与所述套筒2之间设置有使轨迹轴承74与偏心凸轮72保持紧密接触的压紧弹簧75。 

所述伺服电机71与所述控制系统连接，在控制系统控制下，伺服电机71启动，并将其转动输出至偏心凸轮72的轮轴76，从而带动偏心凸轮72转动；由于所述压紧弹簧75的压紧，所述轨迹轴承74外表面与偏心凸轮72表面接触而与偏心凸轮72同步反向转动，同时由于偏心凸轮72在转动时，与轨迹轴承74接触处的轨迹产生变化，从而推动轨迹轴承74作垂直于所述轮轴76轴线的运动，这种运动经由所述托架73传递至顶针轴3，即带动顶针轴3作升降运动而实现顶针4动作。所述偏心凸轮72与轨迹轴承74配合的驱动方式，偏心凸轮72的旋转运动由所述轨迹轴承74抵消，而偏心凸轮72轨迹变化所产生直线运动可精确地传递至顶针轴3，传动精确，动作可靠，且顶针4的行程及动作精度可以由偏心凸轮72的周缘曲线曲率及表面精度控制。 

见图1所示，所述偏心凸轮72的轮轴76与伺服电机71输出轴通过一弹性联轴器77连接。所述弹性联轴器77适用于正反向变化多、启动频繁的高速轴，在很多步进、伺服系统实际应用中，弹性联轴器77是首选的产品。其结构具有缓冲吸振，可补偿较大的轴向位移，微量的径向位移和角位移，适应各种偏差和精确传递扭矩的特点。由于弹性联轴器77属于成熟的现有技术，这里不再赘述其结构和工作原理。 

见图1和图2所述，所述机架1设置有原位感应器8，所述原位 感应器8与控制所述伺服电机71的控制电路电连接。所述原位感应器8用于标定每次顶针4动作起始时的偏心凸轮72位置，这样可以避免伺服电机71启动时的角度误差累积，提高了本发明的动作精度。 

见图1、图2、图3所示，所述机架1设置有分别沿X、Y、Z方向调节套筒2的调节装置9，该调节装置9设置有锁紧装置91。所述调节装置9包括X向调节平台92、Y向调节平台和Z向调节平台；使用过程中，为了保证托盘10移动，待分拣芯片11与顶针4位置精确对应，需要对顶针4位置进行微调，所述X向调节平台92和Y向调节平台用于调节顶针4水平面内相对托盘10的位置，所述Z向调节平台用于调节所述顶盖6与翻晶膜101的间距，使顶盖6上端面保持与翻晶膜101下表面的接触。 

见图7、图8和图9所示，所述X向调节平台92包括一固定台921，所述固定台921上通过导轨副923可滑动地连接有一滑动台922，所述固定台921设置有顶动所述滑动台922的旋钮924，调节时，旋动所述旋钮924，使所述滑动台922沿所述导轨副923产生相对固定台921的滑动，从而完成调节，为了保证调节精度，可在所述旋钮924表面设置行程刻度。完成调节后，拧紧设置于所述X向调节平台92的锁紧装置91，使滑动台922相对于所述固定台921位置固定，以在工作过程中避免顶针4产生扰动。 

其中，所述X向调节平台92、Y向调节平台和Z向调节平台的结构和工作原理相同，且三个调节平台构成子母关系，即所述X向调节平台92的滑动台922为Y向调节平台的固定台，所述Y向调节 平台的滑动台为Z向调节平台的固定台，这样即可实现本发明在X、Y、Z三个方向的位置调节。 

当然，所述调节装置9也可采用丝杠副调节装置或其它类型的调节装置，只要能够实现对顶针X、Y、Z三向位置调节的目的即可。 

最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。 

Claims (4)

1.芯片分拣设备的顶针机构，包括机架，以及固定于机架的竖向套筒，所述套筒内设置有可升降的顶针轴，所述顶针轴顶端固定有顶针，顶针轴与一驱动顶针轴作上下运动的驱动机构连接，其特征在于：所述顶针轴外缘与套筒内缘之间形成有负压腔，所述负压腔顶部封盖有顶盖，该顶盖开设有通气孔及供顶针伸出的针孔，所述顶针轴内开设有连通所述负压腔的排气通道，该排气通道通过设置于顶针轴下部的气动接头与负压装置连接；

所述顶盖上表面开设有环绕所述针孔的环形槽，所述环形槽与所述通气孔连通；

所述套筒包括主体、套筒帽和紧固环圈，所述主体固接于机架，主体上端内缘开设有安装槽，所述套筒帽下端伸入所述安装槽并抵压安装槽槽底，所述套筒帽下部径向向外凸设有一基座，所述顶盖设置于所述套筒帽顶端，所述紧固环圈下部伸入所述安装槽内，并夹设于套筒帽与所述安装槽侧槽壁之间，所述紧固环圈与所述主体螺接，紧固环圈下端面与所述基座顶面相匹配并抵压于所述基座顶面，所述套筒帽与安装槽的接触面设置有密封圈；

所述顶针轴与套筒之间设置有直线轴承，该直线轴承设置于所述负压腔下方，所述顶针轴表面开设有沿长度方向的导向槽，所述套筒内壁对应所述导向槽的位置凸设有导向滚珠，所述导向滚珠与所述导向槽滚动配合；

所述顶针轴顶部开设有供顶针插入的插孔，所述插孔孔壁开设有至少两道的缺口槽，所述顶针轴上部外缘呈直径逐渐减小的锥形面，所述顶针轴在所述锥形面外固定套接有一轴帽，所述轴帽内缘与所述锥形面相匹配；

所述驱动机构包括一与伺服电机输出轴连接的偏心凸轮，以及固定于顶针轴下端并与所述偏心凸轮侧缘接触的托架；

所述托架枢接有一轨迹轴承，托架通过所述轨迹轴承与所述偏心凸轮接触，所述托架与所述套筒之间设置有使轨迹轴承与偏心凸轮保持紧密接触的压紧弹簧。

2.根据权利要求1所述的芯片分拣设备的顶针机构，其特征在于：所述偏心凸轮的轮轴与伺服电机输出轴通过一弹性联轴器连接。

3.根据权利要求2所述的芯片分拣设备的顶针机构，其特征在于：所述机架设置原位感应器，所述原位感应器与控制所述伺服电机的控制电路电连接。

4.根据权利要求1所述的芯片分拣设备的顶针机构，其特征在于：所述机架设置有分别沿X、Y、Z方向调节套筒的调节装置，该调节装置设置有锁紧装置。

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