專利名稱：放置元件設備的制作方法
技術領域：
本發明涉及具有一吸頭的一放置元件設備，用于將一電子元件安裝在一電路板等上，或用于裝配電子元件。
背景技術：
至今，具有一吸頭的一放置元件設備已用于將例如一半導體芯片和/或一壓電元件的一電子元件安裝在例如一印刷電路板的一板上。
作為這種放置元件設備的一例子，如在日本待審批專利申請公開號5-82998所揭示的，提出了一吸嘴，其中與該吸嘴同軸線地設置有一旋轉電動機和一圓柱形直線電動機，該旋轉電動機用于轉動一吸嘴，該吸嘴用于將吸力施加于一電子元件，該直線電動機用于垂直移動該吸嘴，從而這些電動機的運動部分轉動和垂直移動該吸嘴，同時與它組合在一起。
并且，如在日本待審批專利申請公開號8-203966中所揭示的，提出了一半導體安裝設備，其中設置了一吸嘴、一壓力軸、一超聲電動機和一音圈電動機，該壓力軸可垂直移動和可轉動并在其底部具有該吸嘴，該超聲電動機用于轉動該壓力軸，該音圈電動機用于垂直方向移動該壓力軸，從而壓力軸延伸通過音圈電動機和超聲電動機。
在前一方案中，當音圈電動機用作為圓柱形直線電動機時，由于該軸延伸通過音圈電動機的中心，因此該電動機的中心部分不能用作為一核心；從而音圈電動機并不有效地產生一推力。因此，音圈電動機的尺寸不可避免地應該是較大的。同樣，該旋轉電動機與一軛架和音圈電動機的一殼體一起旋轉，從而引起該旋轉電動機的慣性大和尺寸大的諸問題。此外，當音圈電動機的運動線圈與軸一起旋轉時，對運動線圈輸送電流是較困難的。
在后一方案中，由于空心壓力軸延伸通過音圈電動機的中心，所以該電動機的中心部分不能用作為一核心；從而音圈電動機不能有效地產生一推力。因此要求音圈電動機較大。此外，由于音圈電動機的一運動線圈與軸一起旋轉，所以對該運動線圈輸送電流較困難。
發明內容
因此，本發明提供一放置元件設備，它包括一直線驅動器和一旋轉驅動器，兩者尺寸都較小，它們在Z軸線方向和圍繞θ軸線以高速精確地定位一元件。
為了實現上述諸優點，按照本發明的用于驅動一吸嘴轉動和垂直方向移動、將一吸力施加于一元件的一放置元件設備包括一旋轉驅動器，一直線驅動器，該驅動器包括連接于旋轉驅動器的一定子的一定子，從而這兩定子不可相對運動；連接于旋轉驅動器的一轉軸的一花鍵軸；一吸嘴連接軸，僅允許該軸相對花鍵軸沿花鍵軸的縱向直線運動，并具有設置在其底部的吸嘴，圍繞吸嘴連接軸的一中空保持架，并帶有置於中間的滾動軸承，該軸承允許吸嘴連接軸相對花鍵軸轉動以及將中空保持架連接于直線驅動器的一運動件；以及一直線導向器，用于相對諸驅動器的諸定子的任何一個引導中空保持架，以致平行于花鍵軸可直線運動。
一功能相同的構件可以代替花鍵軸。
通過花鍵軸將旋轉驅動器的轉動傳遞到吸嘴連接軸。具有設置在其底端的吸嘴的吸嘴連接軸相對花鍵軸可直線運動。可轉動地保持吸嘴連接軸的中空保持架連接于直線驅動器的運動件。對于這結構，當通過驅動直線驅動器垂直移動保持架時，吸嘴連接軸和保持架一起垂直移動。在這狀態中，由于吸嘴連接軸和花鍵軸可沿X軸線方向移動，花鍵軸的轉動可以傳遞到吸嘴連接軸，而與吸嘴連接軸所處的位置無關。因此，吸嘴連接軸和吸嘴能夠垂直移動到一所需位置和轉動到一所需方位。
如以上所述，由于直線驅動器所產生的垂直移動和旋轉驅動器所產生的轉動通過使用花鍵軸、滾動軸承、直線導向器的機構傳送到吸嘴，直線驅動器和旋轉驅動器的諸定子能夠相互固定以及從而不要求相互驅動。因此，能夠降低放置元件設備的垂直移動部分的質量和轉動部分的慣性，以及從而能夠降低每個驅動器的所需推力，因此能夠縮小旋轉驅動器和直線驅動器的尺寸。
并且，由于兩驅動器在Z軸方向和圍繞θ軸線直接驅動吸嘴，沒有插入在中間的一間接傳送機構，從而能夠高速準確地放置一元件。而且，雖然吸嘴相對于直線驅動器徑向偏置，由于中空保持架由直線驅動器引導，從而防止了吸嘴由于它們的自身重量而產生傾斜，所以實現了一準確的拾取和放置操作。
此外，由于沒有軸延伸通過直線驅動器和旋轉驅動器的中心，例如一可購得的小型伺服電動機可用作為旋轉驅動器。并且，直線驅動器的中心部分可用作為一核心，從而直線驅動器能有效地產生一推力。其結果，當一音圈電動機用作為直線驅動器時，能夠縮小音圈電動機的一磁回路的尺寸。在這情況下，由于音圈電動機的運動線圈僅往復運動和不要求它轉動，從而能夠易于對運動線圈供應電流。
在按照本發明的放置元件設備中，旋轉驅動器和直線驅動器的兩定子較佳地被固定于在X和Y方向被驅動的一傳動機構的一運動頭。
當每個驅動器的定子被固定于該運動頭時，能夠由該傳動機構在X和Y方向由旋轉驅動器圍繞θ軸線和由直線驅動器在Z方向單獨地傳動放置元件設備。從而能夠準確地放置一元件。
并且，在按照本發明的放置元件設備中，較佳地是直線驅動器的運動件和定子具有設置在中間的一回復彈簧，用它的彈性力向上推運動件，該彈性力略大于包括運動件、吸嘴、吸嘴連接軸的該設備的運動部分的重量負荷和直線導向器和花鍵軸之中所產生的滑動摩擦力的總和。
當通過驅動直線驅動器垂直移動吸嘴時，在通向直線驅動器的電流被切斷的情況下，由于包括吸嘴的運動部分的重量使吸嘴下降。回復彈簧防止這下降。但是，當回復彈簧產生一較大彈性力時，為了使吸嘴向下移動，直線驅動器消耗較大的功率。為了解決這問題，通過設定回復彈簧的彈力，使它略大于運動部分的重量負荷和在直線驅動器和花鍵軸之中所產生的滑動摩擦力的總和，吸嘴能夠以較少量的功率消耗向下移動。
并且，在按照本發明的放置元件設備中，較佳的是中空保持架和吸嘴連接軸具有形成在中間的一圓筒形空間內的一有效地被密封的、或較佳地被氣密封的腔室；吸嘴連接軸有形成在其中的一空氣通道，用于針在氣密腔內的例如空氣的一壓力媒質傳送到吸嘴；在中空保持架的外表面中形成與氣密腔連通的一空氣孔中，以及該空氣孔中連接到一真空抽吸設備。
為了在吸嘴的一抽吸孔口處產生一抽吸壓力，要將真空抽吸設備和吸嘴相連接。雖然能夠用插置在中間的一空氣軟管將真空抽吸設備直接連接于吸嘴，由于吸嘴垂直和旋轉運動，可能造成軟管扭轉或引起對吸嘴的一操作阻力。
針對這問題，在用于真空抽吸的空氣軟管連接于形成在中空保持架的外表面中的空氣孔口和該空氣孔口通過插置在中間的氣密腔和吸嘴連接軸的空氣通道連接至吸嘴時，該軟管僅與中空保持架一起垂直移動而不進行轉動；因此，該軟管不可能被扭轉和不妨礙吸嘴的操作。
從以下參照附圖對本發明的實施例進行的敘述中，本發明的其它特征和優點將變得顯而易見。
附圖的簡要說明
圖1是按照本發明的一實施例的一放置元件設備的一例的立體圖；圖2是圖1所示的放置元件設備的剖視圖；圖3是圖2所示的放置元件設備的一主要部分的放大圖；圖4是示出圖2設備的主要部分在工作狀態的剖視圖；圖5是使用圖1所示的放置元件設備的一安裝設備的立體圖。
具體實施例方式
圖1至4示出了按照本發明的一實施例的一放置元件頭(即一放置元件設備)。其中，一電子元件P和一板B分別稱為一元件和一固定表面。
按照該實施例的一放置元件頭A包括固定于X-Y機械手或類似物的一頭部的一支承板1、具有固定于支承板1的下表面上的一定子(軛架)3的作為一直線驅動器的一例子的一音圈電動機2、具有固定于支承板1的上表面上的一定子21的作為一旋轉驅動器的一例子的一伺服電動機20。
如圖2所示，音圈電動機2固定于支承板1的下表面上，并由具有一外磁軛3a和一中心磁軛3b的磁軛3、固定于外磁軛3a的內表面上一磁鐵4、插入磁軛3內以致可以垂直移動的一繞線架5、圍繞繞線架5卷繞的一線圈6等形成。線圈6在軸向與磁鐵4重疊。在這實施例中，磁鐵4和線圈6分別設置在固定側和運動側上；另方面，線圈6和磁鐵4可以分別設置在固定側和運動側上。
繞線架5具有固定于其底表面上的一近似L形連接件7的一水平部分7a和軸向平行于磁軛3突伸的連接件7的一垂直部分7b，該垂直部分在其一側表面上具有一導向塊10。導向塊10由固定于磁軛3的外表面上的一導軌9引導，從而僅可在垂直方向移動，以致導軌9和導向塊10組成一直線導向器8。連接件7具有固定于垂直部分7b的外側表面上的一中空保持架30(以后將對其敘述)。這樣，中空保持架30相對磁軛3執行一準確的和平穩的直線運動。
如圖1所示，連接件7和支承板1具有處于其中的回復彈簧11，設計該彈簧以致在電源被切斷時返回作為音圈電動機2的一運動部分的繞線架5到達它的頂部位置。將回復彈簧11的拉力設定為稍許大于包括繞線架5、線圈6、吸嘴35和吸嘴連接軸26(以后將敘述這兩者)的重量負荷和直線導向器8和滾珠花鍵軸24(以后將敘述)之中所產生的滑動摩擦力的總和。回復彈簧11不局限于拉簧，可以是一壓簧。為了檢測音圈電動機2的垂直運動，磁軛3具有固定其上的一直線編碼器12，連接件7具有附著在其上的一直線刻度13。通過反饋直線編碼器12的一信號，能夠控制吸嘴35，使其位于一所需垂直位置處。
伺服電動機20具有結合在其內的一編碼器，通過反饋該編碼器的一信號能夠控制放置元件頭，以使其位于一所需回轉位置。伺服電動機20具有向下延伸的一旋轉軸22，并插置在支承板1中，而旋轉軸22具有用插置于中間的一聯軸器23所連接的滾珠花鍵軸24。滾珠花鍵軸24與一滾珠花鍵螺帽25相結合，吸嘴連接軸26的頂部固定于該滾珠花鍵螺帽。這樣，雖然吸嘴連接軸26與滾珠花鍵軸24一起轉動，但是它能相對于滾珠花鍵軸24自由地軸向運動，這是由于滾珠花鍵軸24和滾珠花鍵螺帽25之間可自由地進行它的垂直運動。此外，磁軛3在其表面上可以具有一止動件(未示出)，用于限制導向塊10的運動范圍，以防止滾珠花鍵螺帽25拉出滾珠花鍵軸24。
吸嘴連接軸26延伸通過中空保持架30，以及中空保持架30和吸嘴連接軸26通過帶有凸緣的軸承(滾動軸承)31相互在上部和下部相連接。從而，吸嘴連接軸26可相對保持架30轉動，但不可相對它垂直移動。當驅動音圈電動機2時，保持架30和吸嘴連接軸26成為一整體垂直移動。由于由一螺帽32固定下軸承31，該螺帽與形成在吸嘴連接軸26的下部處的螺紋相互螺紋嚙合在一起，所以使吸嘴連接軸26和保持架30之間的垂直方向的間隙為最小。
此時參閱圖3，在由吸嘴連接軸26和中空保持架30所形成的一近似圓筒形空間內，在兩個軸承之間設置有兩個密封件33，從而在它們之間提供一氣密腔34，從而防止空氣在垂直方向流入或流出該腔室34。在這實施例中每個密封件33都是例如一O型圈的一橡膠33a和四氟乙烯樹脂構成的、置于橡膠環33a的內圓的上一樹脂環33b的組合密封件。還設置了兩個密封止動件37。雖然能夠使用一已知油密封件或一O型圈作為密封件33，但是它們有一些問題，即它們難以減小尺寸和由于較大的滑動摩擦造成較短的使用壽命。與這些另件相反，用上述組合密封件，當吸嘴連接軸26旋轉時，由于滑動發生在樹脂環33b和吸嘴連接軸26之間而不發生在橡膠環33a和保持架30之間，吸嘴連接軸26能夠帶很小的滑動阻力進行轉動。
吸嘴連接軸26具有一中空結構，從而在其中提供一空氣通道27，該通道有一開放的底部。吸嘴連接軸26具有在其中形成的一空氣孔28，用于在內部空氣通道27和外部密封腔34之間進行連通。吸嘴連接軸26具有固定在其底部的吸嘴35。吸嘴35具有包含構造在其中的一彈簧的一緩沖機構(未示出)，用于在將吸力施加于電子元件P和將它安裝在板B上時吸收對于該電子元件的沖擊。中空保持架30具有形成在其外表面中的一空氣孔口36，用于連通至氣密腔34，一空氣軟管(未示出)連接至該空氣孔口。空氣軟管又連接至一真空吸收設備(未示出)。從而，一抽吸壓力通過空氣孔口36、氣密腔34、空氣孔28和空氣通道27傳送到吸嘴35。
將參照圖3和4敘述具有上述結構的放置元件頭A的操作。
圖3示出了音圈電動機2斷電和包括吸嘴35的運動部分由回復彈簧11的彈力上升至它的頂端位置(原始位置)的狀態。
然后，通過以預定方向將電流輸入音圈電動機2的線圈6，線圈6接受與磁場強度，電流量，線圈的導線長度的乘積成正比的一軸向推力；因此，如圖4所示，用設置在中間的連接件7連接至線圈6的保持架30也向下運動(即如圖4所示箭頭指示的，Z軸向向下)。由于吸嘴連接軸26用設置在中間的軸承31被保持于保持架30，從而相互可轉動、但不可軸向移動，因此吸嘴連接軸26能夠向下移動，同時保持滾珠花鍵軸24和滾球花鍵螺帽25之間的相互嚙合。其結果，固定于吸嘴連接軸26的底部的吸嘴35向下運動，從而將由在其端部處的吸力所保持的電子元件P安裝到板B上。
為了調節電子元件P圍繞θ軸線(即放置元件頭A的旋轉軸線)的方位，以便將電子元件P安裝在板B上，驅動伺服電動機20，從而轉動電子元件P到達一適當方位。在這狀態下，由于伺服電動機20的轉動通過滾珠花鍵軸24和滾珠花鍵螺帽25傳送到吸嘴連接軸26，以及軸31防止了伺服電動機20的轉動力傳送到保持架30，所以能夠用小轉矩轉動吸嘴連接軸26。其結果，能夠準確地調節電子元件P的方位。
即使當吸嘴連接軸26如上所述在垂直方向和轉動方向運動時，由于形成空氣孔口36使其處于保持架30之中，空氣孔口36的位置僅垂直地變化，因此空氣軟管不可能扭轉或彎曲，從而在吸嘴35上完全沒有負荷發生。此外，由于即使在吸嘴連接軸26轉動時從保持架30的空氣孔口36延伸至吸嘴連接軸26的空氣通道27的一通道具有不變的通道面積，從而允許吸嘴35產生一穩定的吸力。
如以上所述，放置元件頭A具有相互全部同軸線設置的伺服電動機20，吸嘴連接軸26和吸嘴35，以及直接將伺服電動機20的轉矩傳送到吸嘴35。從而，能夠將伺服電動機26做成尺寸較小，還能夠準確地進行電子元件P圍繞θ軸線的定位。
同樣，音圈電動機2僅垂直驅動吸嘴連接軸26和保持架30，以及不要求音圈電動機垂直驅動伺服電動機20和滾珠花鍵軸24。其結果，僅要求音圈電動機2產生一較小推力，因此可使它尺寸較小。雖然音圈電動機2的軸線相對吸嘴連接軸26的軸線有所徑向偏移，但是吸嘴35不可能偏斜，這是由于直線導向器8僅在垂直方向引導保持吸嘴連接軸26的保持架30移動，從而實現了放置元件頭A的準確的拾取和放置操作。
圖5示出了使用上述放置元件頭A的一安裝設備的一例子。
這安裝設備具有由放置元件頭A的四個組件形成的一多頭40。-Y軸梁41支承該多頭40，該Y軸梁包括一伺服電動機42、一滾珠螺桿43和一直線導向件44，Y軸梁的端部由在X軸線方向被驅動的兩臺直線電動機45和46支承。Y軸梁41和直線電動機45和46受到使用一直線刻度和一直線編碼器(這兩者未示出)的一反饋控制，從而多頭40被定位在垂直于Z軸線的X-Y平面上的一所需位置。
一安裝臺47支承直線電動機45和46，在安裝臺上設置一供應板48和一放置板49。對于這結構，能夠與Y軸梁41和直線電動機45和46沿X和Y軸線的運動一致地在Z軸線的方向和圍繞θ軸線的方位單獨地控制諸放置元件頭A的每個吸嘴。從而，能夠準確地將一電子元件從供應板48傳送到放置板49。
雖然在上述實施例中以舉例的方式將一音圈電動機2用作為直線驅動器，但是例如可用一伺服電動機，一滾珠螺桿和一直線導向件的一組合或一氣缸代替音圈電動機。在前一個情況中，也能夠將直線驅動器的直線導向用作為用于導向中空支持架的直線導向，從而是平行于花鍵軸可直線移動。
雖然已聯系具體實施例敘述了本發明，許多其它的變化和修改和其它的利用對本領域的那些技術人員將是明顯的。所以，本發明不局限于這里所揭示的特定內容。
權利要求
1.一放置元件設備，用于在轉動方向(θ)和垂直方向(Z)中驅動一吸嘴，和將吸力施加于一元件，它包括一旋轉驅動器；一直線驅動器，它包括連接于旋轉驅動器的一定子的一定子，從而這兩定子相互之間不能運動；一花鍵軸，它連接于旋轉驅動器的一轉軸；一吸嘴連接軸，它連接于花鍵軸，用于允許它相對花鍵軸僅沿著花鍵軸的縱向直線移動，并具有設置在其底部的吸嘴；一中空保持架，它圍繞吸嘴連接軸并帶有插置在中間的滾動軸承，以允許吸嘴連接軸相對花鍵軸轉動，并被連接，以便被直線驅動器的一運動件所驅動；以及一直線導向器，用于相對驅動器的定子引導中空保持架，從而可平行花鍵軸直線移動。
2.按照權利要求1所述的放置元件設備，其特征在于，旋轉驅動器和直線驅動器的定子固定于一傳動機構的一運動頭，該傳動機構可操作地在X和Y方向驅動該運動頭。
3.按照權利要求1所述的放置元件設備，其特征在于，直線驅動器的運動件和定子具有插置于中間的一回復彈簧，用于向上推動運動件，回復彈簧有一彈性力，該彈性力略大于包括運動件、吸嘴和吸嘴連接軸的該設備的移動部分的重量負荷和在直線導向器和花鍵軸之中所產生的滑動摩擦阻力的總和。
4.按照權利要求1所述的放置元件設備，其特征在于，中空保持架和吸嘴連接軸具有設置于它們之間的一空間內的一密封腔室；吸嘴連接軸具有形成在其中的一空氣通道，用于將該腔室內的一壓力媒質傳送到吸嘴；形成在中空保持架的外表面中的、與該腔室連通的一空氣孔口，以及該空氣孔口連接于一真空抽吸設備。
5.一放置元件設備，用于在轉動方向(θ)和垂直方向(Z)中驅動一吸嘴，和將吸力施加于一元件，它包括一旋轉驅動器，它具有一轉軸；一直線驅動器，它包括連接于旋轉驅動器的一定子的一定子，從而這兩定子相互之間不可運動；一吸嘴連接軸，它具有設置在其底部的吸嘴；該吸嘴連接軸通過一聯軸器連接于該轉軸，以允許吸嘴連接軸僅在轉軸的縱向相對轉軸直線移動；一中空保持架，它圍繞吸嘴連接軸并帶有插置于中間的滾動軸承，以允許吸嘴連接軸轉動，并被連接，以便被直線驅動器的一運動件驅動；以及一直線導向器，用于相對驅動器的定子引導中空保持架，從而可平行花鍵軸直線移動。
6.按照權利要求5所述的放置元件設備，其特征在于，旋轉驅動器和直線驅動器的定子固定于一傳動機構的一運動頭，該傳動機構可操作地在X和Y方向驅動該運動頭。
7.按照權利要求5所述的放置元件設備，其特征在于，直線驅動器的運動件和定子具有插置于中間的一回復彈簧，用于向上推動運動件，回復彈簧有一彈性力，該彈性力略大于包括運動件、吸嘴和吸嘴連接軸的該設備的移動部分的重量負荷和在直線導向器和花鍵軸之中所產生的滑動摩擦阻力的總和。
8.按照權利要求5所述的放置元件設備，其特征在于，中空保持架和吸嘴連接軸具有設置于它們之間的一空間內的一密封腔室；吸嘴連接軸具有形成在其中的一空氣通道，用于將該腔室內的一壓力媒質傳送到吸嘴；形成在中空保持架的外表面中的、與該腔室連通的一空氣孔口，以及該空氣孔口連接于一真空抽吸設備。
全文摘要
用于在轉動的和垂直的方向驅動一吸嘴、用于將吸力施加于一元件的一放置元件設備包括一旋轉驅動器和一直線驅動器，直線驅動器具有連接至旋轉驅動器的一定子的一定子，從而兩定子相互之間不可運動。一花鍵軸連接于旋轉驅動器的一轉軸，以及具有設置在其底部的一吸嘴的一吸嘴連接軸與花鍵軸連接以允許吸嘴連接軸僅直線移動。圍繞吸嘴連接軸并帶有插置在中間的滾動軸承的一中空保持架連接于有線驅動器的一運動件中，以及中空保持架用插置在中間的一直線導向器與直線驅動器的定子連接。
文檔編號H05K13/04GK1489434SQ03157779
公開日2004年4月14日 申請日期2003年8月29日 優先權日2002年8月29日
發明者平田篤彥 申請人:株式會社村田制作所