CN114390886B - 一种微型器件转移方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种微型器件转移方法及装置；具体提出了新的微型电子器件的转移方法和实现装置，该方法突破了SMT技术从上向下贴装元器件的常规，改为从下向上贴装。即将线路板贴装面朝下放置，微型器件先行放置在托盘上，SMT的机械手拾取托盘及其上器件，移动到待贴装位置的下方，举升托盘直至托盘上的器件附着在线路板上，周而复始。由于采用批处理的方式，所述方法及装置特别适合巨量微型器件如miniLED或microLED屏生产中的转移工序。

Description

一种微型器件转移方法及装置

技术领域

本发明属于表面组装技术(SMT)技术领域，具体涉及一种微型器件转移方法及装置。

背景技术

现在已经出现一种显示屏，其背光模组采用微型发光二极管(MiniLED)器件排列而成，一块显示屏采用多个背光模组，每个背光模组可以独立调整亮度，所以该种显示屏显示性能较好。该种显示屏背光LED尺寸越小，其显示性能会更优越，但带来的问题是，把数量巨大的MiniLED器件转移到线路板上所需的时间将大幅增加。更进一步，如果显示屏的每个像素直接使用尺寸更小的发光二极管(Micro-LED)，则屏幕显示性能将进一步提升，这种情况下一块屏将包含上百万只甚至上千万只发光二极管(非OLED)。现有技术应对如此巨量转移任务的速度瓶颈限制了产业的发展。

发明内容

本发明的目的在于提供一种微型器件转移方法及装置。

第一方面，本发明提供一种微型器件转移方法，其具体步骤如下：

步骤一、将涂覆有锡膏或黏胶的线路板输送至贴装区。

步骤二、若线路板的贴装面朝上进入贴装区，则位于贴装区处的线路板夹持翻转机构夹起线路板，并将其翻转180°。

步骤三、移料模块将装有多个微型器件的托盘输送到线路板的正下方。托盘的开口设置；托盘内的微型器件的焊接脚均朝上设置。托盘内的各微型器件之间的相对位置与线路板上各个器件安装点之间的相对位置分别对应。

步骤四、移料模块将托盘升高，使得托盘内的各微型器件与线路板上各个器件安装点分别接触。

步骤五、托盘内的各微型器件与线路板上各个器件安装点粘贴在一起后，移料模块带动托盘下降，完成托盘与芯片的分离。

步骤六、线路板完成器件贴装，输出贴装区。

作为优选，步骤五执行后，检查线路板上是否存在器件安装点未粘贴上微型器件的情况，若存在，则移料模块抓取单个微型器件，并贴附到线路板。

作为优选，步骤四中，通过上支撑机构从上方抵住线路板的中间位置，使得线路板保持稳定。

作为优选，所述的上支撑机构的底部设置有吸盘。

第二方面，本发明提供一种微型器件转移装置，其包括供料模块、移料模块、输送翻面模块和容器。所述的输送翻面模块包括横梁、线路板夹持翻转机构和输送机。输送机用于将线路板输送至贴装区。横梁固定在输送机的上方。线路板夹持翻转机构包括间隔设置的两个夹持单元。夹持单元包括线路板槽型夹具、翻转轴和翻转轴驱动机构。翻转轴驱动机构安装在横梁上；翻转轴驱动机构底端安装有翻转轴。翻转轴的轴线平行于线路板输送方向。翻转轴的端部固定有线路板槽型夹具。翻转轴驱动机构能够在动力元件的驱动下进行升降运动；翻转轴驱动机构能够驱动翻转轴沿线路板输送方向移动，以及绕线路板输送方向旋转。所述的移料模块用于将供料模块输出的单个微型器件或装有多个微型器件的托盘输送至贴装区，并贴装到线路板的贴装面上。

作为优选，所述的输送机上具有间隔设置有两条输送带。两条输送带分别用于支撑和输送线路板的两侧。

作为优选，所述的输送翻面模块还包括上支撑机构。所述的上支撑机构安装在横梁的下方，且位于两个夹持单元之间。上支撑机构包括竖向连接管、第一吸盘、限位杆头和柔性负压管。竖向连接管滑动连接在横梁上，且由动力元件驱动进行升降。竖向连接管的底端同轴设置有第一吸盘和限位杆头；限位杆头位于第一吸盘内，用于对第一吸盘进行限位。所述的第一吸盘通过负压管连接至外部的真空源。

作为优选，所述限位杆头的底端安装有限位传感器。

作为优选，所述的移料模块包括一对平行设置的X轴导轨、X轴滑块、Y轴导轨、Y轴滑块、第二吸盘和吸嘴；相互平行的两根X轴导轨均固定在机架上。两个X轴滑块分别滑动连接在两个X轴导轨，并由动力元件驱动进行滑动。Y轴导轨安装在两个X轴滑块之间。Y轴滑块安装在Y轴导轨上，且能够沿Y轴导轨的轴线方向滑动，以及绕Y轴导轨的轴线方向转动。Y轴滑块的滑动及转动均由动力元件驱动。第二吸盘和吸嘴均安装在Y轴滑块上，且能够在动力元件的驱动下相对于Y轴滑块(9)进行伸缩运动。第二吸盘和吸嘴分别用于吸取托盘和单只微型期间；第二吸盘和吸嘴均连接至真空源。

作为优选，所述的供料模块包括第一供料器和第二供料器；第一供料器用于输出装有微型器件且开口朝上的托盘。第二供料器用于输出单只微型器件。

作为优选，所述输送翻面模块的下方安装有容器，用以收集空托盘。

本发明具有有益效果：

1、本发明提升巨量微型器件的转移速度，特别是解决生产miniLED屏或microLED屏工艺中转移速度太慢的行业性难题。

2、本发明改变了传统SMT贴片机一个吸嘴一次只拾取一只器件的工作模式，提高巨量微型器件转移速度的同时，还降低了每单位转移量的能量消耗，符合节能减排的大趋势。

附图说明

图1为微型器件转移方法的流程图。

图2为采用所述转移方法的一种SMT贴片机结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例进一步说明所述微型器件转移方法。

实施例1

如图1和2所示，一种微型器件转移装置，包括供料模块、移料模块、第二供料器14、输送翻面模块和容器15。图2为一种采用了所述转移方法的贴片机示意图，为简化说明，贴片机的基础构造中如机架、负压机构等常规部分未示出，标示出的主要是本发明的创新点以及辅助说明的装置。图2中，标号1至5所指示的部分为输送翻面模块；标号6至11所指示的部分为移料模块；标号12和13所指示的部分为供料模块；标号14所指示的是第二供料器。

如图2所示，输送翻面模块包括横梁1、上支撑机构2、线路板夹持翻转机构3、输送机4。输送机4安装在机架上；输送机4上具有间隔设置有两条输送带。两条输送带分别用于支撑和输送线路板的两侧。

位于输送机4顶上的横梁1两端固定在机架上，横梁两端下方具有成对设置的线路板夹持翻转机构3。线路板夹持翻转机构3包括间隔设置的两个夹持单元。夹持单元包括线路板槽型夹具3-1、翻转轴3-2、翻转轴驱动机构3-3。翻转轴驱动机构3-3安装在横梁上；翻转轴驱动机构3-3底端安装有翻转轴3-2。翻转轴3-2的轴线平行于线路板输送方向。翻转轴3-2的端部固定有线路板槽型夹具3-1。翻转轴驱动机构3-3自身能够在动力元件的驱动下进行升降运动；翻转轴驱动机构3-3能够驱动翻转轴3-2沿线路板输送方向移动，以及绕线路板输送轴线旋转。

在翻转轴驱动机构3-3的作用下，夹具3-1能够进行横向运动和升降运动，以及翻转运动，从而使得夹具3-1能够适应不同尺寸的线路板，并能够通过上升来为线路板的输送让出空间。翻转轴驱动机构3-3的升降运动，以及翻转轴3-2的横向移动均通过电动推杆实现；翻转轴的转动通过电机实现。

上支撑机构2安装在横梁的下方，且位于两个夹持单元之间。上支撑机构2包括竖向连接管、第一吸盘2-1、限位杆头2-2和柔性负压管2-3。竖向连接管滑动连接在横梁上，且由动力元件驱动进行升降。竖向连接管的底端同轴设置有第一吸盘2-1和限位杆头2-2；限位杆头2-2位于第一吸盘2-1内，用于对第一吸盘2-1进行限位，避免第一吸盘2-1过度挤压线路板。第一吸盘2-1通过负压管2-3连接至外部的真空源。限位杆头2-2的内侧与柔性负压管2-3的外侧密封连接，且限位杆头的端面非平整，以便于气体介质的流动。当线路板上表面与第一吸盘2-1接触时，负压管2-3中的负压和限位杆头可使线路板5从上部被支撑。因此，上支撑机构能够消除或减弱较大线路板的翘曲，从而提升贴片成功率。

移料模块包括一对平行设置的X轴导轨6、一对X轴滑块7、Y轴导轨8、Y轴滑块9、第二吸盘10和吸嘴11；相互平行的两根X轴导轨6均固定在机架上。两个X轴滑块7分别滑动连接在两个X轴导轨6，并由动力元件驱动进行滑动。Y轴导轨8安装在两个X轴滑块7之间。Y轴滑块9安装在Y轴导轨8上，且能够沿Y轴导轨8的轴线方向滑动，以及绕Y轴导轨8的轴线方向转动。Y轴滑块9的滑动及转动均由动力元件驱动。第二吸盘10和吸嘴11均安装在Y轴滑块9上，它们均可由Y轴滑块内动力元件驱动沿各自的轴线方向移动。吸嘴11能够吸取第二供料器14输出的单只微型器件；第二吸盘10和吸嘴11均通过气管连接至真空源。

Y轴滑块的转动范围不小于90°；用于驱动的动力元件及其对应的传动机构均未画出。所述未画出的驱动机构可由常规的电机、减速齿、齿条或螺杆组成，不是本发明的创新点，故未作赘述。

供料模块包括第一供料器12；第一供料器12用于在取料架13处持续输出排列有微型器件且开口朝上的托盘。第一供料器12持续向输送翻面模块提供装有器件的托盘，器件连同托盘输送到取料架13上。第二供料器14用于移料模块提供单只器件。容器15安装在输送翻面模块的下方，用于收集空托盘。

如图1所示，该微型器件转移装置的转移方法如下：

S1)移入线路板且使器件贴装面朝下。涂覆有焊锡膏或黏胶的线路板输送到贴装区；贴装区位于上支撑机构2的正下方；线路板夹持翻转机构3和上支撑机构2此时移动至输送机4的位置，为线路板进入贴装区让出空间。两个夹持单元的线路板槽型夹具3-1下降至线路板的两侧后，相对移动，使得两个线路板槽型夹具3-1夹住线路板。

将线路板翻转至贴装面朝下，具体过程为：两个夹持单元带动线路板升高，之后，两个夹持单元带动线路板槽型夹具3-1翻转180°，使得线路板的贴装面朝下；接着，上支撑机构2下降，使得限位杆头2-2与线路板接触。若线路板在移入之前器件贴装面已经朝下，则不需要再翻转。

S2)移料模块拾取器件。移料模块从第一供料器12的取料架13上拾取托盘装的器件(应从托盘下方连同托盘上的器件一起拾取)，也可从第二供料器14拾取单只器件。

S3)移料模块将所拾取的器件移动到线路板的贴装面的下方。在移料模块的这个移动过程中，如果器件是放置在托盘上的，则移料模块应调整移动速度和第二吸盘10的倾角以防止器件在移动过程中掉落。如果拾取的是单只器件，则需要将吸嘴11从拾取时的倾角调整到竖直向上。

S4)移料模块向上移动、贴装器件。若本次需要贴装的器件是放置在托盘上的，则Y轴滑块(贴装头)9应将托盘的方向调整到与线路板平行、驱动第二吸盘10上升、贴装。若本次需要贴装的是单只器件，则Y轴滑块9应驱动吸嘴11上升，直至器件附着在线路板对应位置上。

S5)若移料模块最近一次拾取的是托盘装器件，则移动空托盘至回收处，若不是则进入S6。在放置空托盘时移料模块可以利用托盘的惯性让托盘自行落入回收容器15以减少移料模块的运动开销。

S6)判断当前线路板的转移任务是否完成，若没有完成则回到步骤S2)，若已完成则将线路板移出。移出之前可以根据后续工艺的要求决定是否将线路板翻转为器件向上。线路板贴装完成后、移出之前的翻转步骤与S1中翻转步骤的次序正好相反。

S7)判断是否完成整个转移作业，若没有完成则回到第一步，若已完成则转移任务结束。

根据上述方法，若将微型器件按线路板贴装要求事先排列在托盘上，本发明可以将移料模块(机械手)的工作效率可以提升m×n倍，m、n分别为托盘上微型排列器件的行数和列数。拾取单只器件进行贴装的主要目的是补漏。实施本发明所述转移方法的贴片机对移料模块的运动速度要求较高速贴片机低，因而可以降低转移工艺的设备成本。

Claims (8)

1.一种微型器件转移装置，包括供料模块、移料模块和输送翻面模块，其特征在于：所述的输送翻面模块包括横梁（1）、线路板夹持翻转机构（3）和输送机（4）；输送机（4）用于将线路板输入或输出贴装区；横梁固定在输送机（4）的上方；线路板夹持翻转机构（3）包括间隔设置的两个夹持单元；夹持单元包括线路板槽型夹具（3-1）、翻转轴（3-2）和翻转轴驱动机构（3-3）；翻转轴驱动机构（3-3）安装在横梁上；翻转轴驱动机构（3-3）底端安装有翻转轴（3-2）；翻转轴（3-2）的轴线平行于线路板输送方向；翻转轴（3-2）的端部固定有线路板槽型夹具（3-1）；翻转轴驱动机构（3-3）能够在动力元件的驱动下进行升降运动；翻转轴驱动机构（3-3）能够驱动翻转轴（3-2）沿线路板输送方向移动，以及绕线路板输送方向旋转；所述的移料模块用于将供料模块输出的单个微型器件或装有多个微型器件的托盘输送至贴装区，并贴装到线路板的贴装面上；

所述的输送翻面模块还包括上支撑机构（2）；所述的上支撑机构（2）安装在横梁的下方，且位于两个夹持单元之间；上支撑机构（2）包括竖向连接管、第一吸盘（2-1）、限位杆头（2-2）和柔性负压管（2-3）；竖向连接管滑动连接在横梁上，且由动力元件驱动进行升降；竖向连接管的底端同轴设置有第一吸盘（2-1）和限位杆头（2-2）；限位杆头（2-2）位于第一吸盘（2-1）内，用于对第一吸盘（2-1）进行限位；所述的第一吸盘（2-1）通过负压管（2-3）连接至外部的真空源；

所述的移料模块包括一对平行设置的X轴导轨（6）、X轴滑块（7）、Y轴导轨（8）、Y轴滑块（9）、第二吸盘（10）和吸嘴（11）；相互平行的两根X轴导轨（6）均固定在机架上；两个X轴滑块（7）分别滑动连接在两个X轴导轨（6），并由动力元件驱动进行滑动；Y轴导轨（8）安装在两个X轴滑块（7）之间；Y轴滑块（9）安装在Y轴导轨（8）上，且能够沿Y轴导轨（8）的轴线方向滑动，以及绕Y轴导轨（8）的轴线方向转动；Y轴滑块（9）的滑动及转动均由动力元件驱动；第二吸盘（10）和吸嘴（11）均安装在Y轴滑块（9）上，且能够在动力元件的驱动下相对于Y轴滑块（9）进行伸缩运动；第二吸盘（10）和吸嘴（11）分别用于吸取托盘和单只微型器件；第二吸盘（10）和吸嘴（11）均连接至真空源；所述输送翻面模块的下方安装有容器（15），用以收集空托盘。

2.根据权利要求1所述的一种微型器件转移装置，其特征在于：所述的输送机（4）上具有间隔设置有两条输送带；两条输送带分别用于支撑线路板的两侧并输送线路板。

3.根据权利要求1所述的一种微型器件转移装置，其特征在于：所述限位杆头（2-2）的底端安装有限位传感器。

4.根据权利要求1所述的一种微型器件转移装置，其特征在于：所述的供料模块包括第一供料器（12）和第二供料器（14）；第一供料器（12）用于输出装有微型器件且开口朝上的托盘；第二供料器（14）用于输出单只微型器件。

5.一种通过权利要求1所述的微型器件转移装置进行的微型器件转移方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤一、将涂覆有焊锡膏或黏胶的线路板输送至贴装区；

步骤二、若线路板的贴装面朝上进入贴装区，则位于贴装区处的线路板夹持翻转机构夹起线路板，并将其翻转180°；

步骤三、移料模块将装有多个微型器件的托盘输送到线路板的正下方；托盘开口设置；托盘内的微型器件的焊盘均朝上设置；托盘内的各微型器件之间的相对位置与线路板上各个器件安装点之间的相对位置分别对应；

步骤四、移料模块将托盘升高，使得托盘内的各微型器件与线路板上各个器件安装点分别接触；

步骤五、托盘内的各微型器件与线路板上各个器件安装点粘贴在一起后，移料模块带动托盘下降，完成托盘与微型器件的分离；

步骤六、线路板完成器件贴装，输出贴装区。

6.根据权利要求5所述的微型器件转移装置的微型器件转移方法，其特征在于：步骤五执行后，检查线路板上是否存在器件安装点未粘贴上微型器件的情况，若存在，则移料模块抓取单个微型器件，并贴附到线路板。

7.根据权利要求5所述的微型器件转移装置的微型器件转移方法，其特征在于：步骤四中，通过上支撑机构从上方抵住线路板的中间位置，使得线路板保持稳定。

8.根据权利要求7所述的微型器件转移装置的微型器件转移方法，其特征在于：所述的上支撑机构的底部设置有吸盘。