多规格直径焊球自动投放装置 【技术领域】
本发明涉及一种焊球投放装置，具体是一种多规格直径焊球自动投放装置。用于印刷电路和电子元件封装领域。
背景技术
在电子封装与组装领域中，芯片尺寸封装(CSP)和球栅阵列封装(BGA)技术已经得到了广泛的应用。无论是在CSP或BGA器件的生产过程，还是在对损坏的CSP或BGA器件的返修过程中，都会遇到植入焊球进行焊接加工的问题。目前，在中、小规模生产和CSP/BGA器件的返修过程中，采用大规模生产的整体植球的方法会增加额外的成本和工序，例如需要制作专门的模板、重新进行设备的调整等，不符合柔性化的生产要求，很不经济。
经对现有技术的文献检索发现，中国专利公开号：1444261A，名称为：焊球植入装置，该专利包括偏心球座、漏嘴和拨杆，偏心球座上开有偏心料孔、漏嘴中心轴线部位开有漏孔，拨杆前端分别开有小孔和滑槽，偏心球座和漏嘴接合部具有容许拨杆出入的插槽，所述偏心料孔、漏孔、小孔的直径与焊球直径相适应，滑槽长度与偏心料孔和漏孔之间孔心的偏心距离相适应。拨杆插在插槽中可做来回往复运动，因拨杆上的小孔其大小只能装入一个焊球，所以每做一次往复运动，拨杆利用此偏心机构投放一个焊球。该专利所提出的装置只能投放一种直径规格的焊球，而在CSP/BGA芯片封装或返修地应用中，焊球的规格是多种多样的，而原装置不能通过一套装置解决多种规格焊球的芯片封装与返修工作；原设计主要用于手动植球，不便实现自动化植球。
【发明内容】
本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种多规格直径焊球自动投放装置，使其可选择所需规格的焊球，自动逐个地投放焊球，既可用于原始芯片的CSP/BGA封装，也可用于CSP/BGA组装生产中的返修植球。
本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括：储球仓、托架、台阶式转盘、出球底座和驱动元件。储球仓设置在托架上，驱动元件在出球底座下方，台阶式转盘设置在托架、出球底座之间，且台阶式转盘位于出球底座中，托架和出球底座通过连接件连接。储球仓对于所要投放的每种直径规格的焊球，都有与其相对应的一偏心料孔；托架对应着储球仓的各偏心料孔位置分别开有相应大小的通孔；台阶式转盘各台阶面上均匀分布着相应规格焊球直径的通孔，通孔的偏心距离等于储球仓相应规格偏心料孔的偏心距离。各台阶表面与底面的距离略大于相应规格的焊球的直径。中心开有与驱动元件例如电机轴相连的孔及键槽；出球底座顶部开有与台阶式转盘相对应的焊球下滑槽和一偏心出料孔。
所述的储球仓的各偏心料孔的直径大于等于相对应直径规格焊球的直径，以1倍到1.4倍焊球的直径为最佳直径。各料孔的偏心距离以及偏心方向应各不相同，偏心距离的间隔以2倍到50倍最大规格的焊球直径为最佳间隔距离，偏心方向的间隔以10度到180度为最佳。储球仓底部中心可以开一孔，用于留做某些驱动元件例如电机轴以及连接电机轴与台阶式转盘的键的转动的空间。
所述的托架底部开有两连接孔，是定位销孔，或者两螺纹孔，或者其它类似的连接孔，可以利用销钉，螺钉等连接件定位连接托架和出球底座。托架底部中心可以开一孔，用于留做某些驱动元件例如电机轴以及连接电机轴与台阶式转盘的键的转动的空间。托架底部的厚度应在能够安全承载储球仓以及易于加工的前提下加工的尽量的薄。
所述的出球底座的焊球下滑槽可加工成倒三角槽、半圆槽等类似的可使焊球自然下滑的槽，宽度大于等于最大规格焊球的直径，长度大于等于储球仓偏心料孔最大偏心距与最小偏心距之差，位置开在某径向方向上，且保证投放任何规格焊球时，台阶式转盘上含有该规格焊球的焊球通孔转到此下滑槽上方时焊球能顺利落入该下滑槽中。偏心出料孔与下滑槽下端的顶点相连，圆柱孔的直径与下滑槽的宽度相对应。出球底座还可开有与托架定位销孔或螺纹孔规格和位置相对应的两定位销孔或螺纹孔，亦可采用其它类似的连接孔，可以利用销钉，螺钉等连接键定位连接托架和出球底座。出球底座下端还可开有用于安装驱动元件例如电机的槽。出球底座可以作为一个整体加工，亦可以多设计一个修配元件，在修配元件上加工倒台阶式凹槽和下滑槽，并开有与托架定位销孔或螺纹孔规格和位置相对应的两定位销孔、螺纹孔，或其它类似的连接孔，在出球底座上加工偏心出料孔，然后用销钉，螺钉等连接件定位连接托架，修配元件和出球底座。出球底座的倒台阶式凹槽最上层的台阶的高度比台阶式转盘相应层的高度略大，其他层的高度比台阶式转盘相应层的高度略小。这样在安装时可以使转盘和倒台阶凹槽相应的贴合面间留有微小的间隙，以减小转盘转动时的摩擦。
本发明中，储球仓和托架相结合实现选球功能；台阶式转盘各台阶面上均匀分布着相应规格焊球直径的通孔，各台阶表面与底面的距离略大于相应规格的焊球的直径，使得每个通孔只能装入一个对应规格的焊球，从而实现了可投放多种直径规格焊球的功能；利用出球底座的倒台阶式凹槽、焊球下滑槽以及偏心出料孔，通过旋转台阶式转盘实现每次投放一个焊球的功能；都是本发明中原创性技术的重要部分。
本发明第一次实现了可投放多种直径规格焊球的功能，可根据需要投放所需规格直径的焊球，随时更换其它直径规格的焊球进行投放，使整个设备更具柔性化的特点，功能强大。由于其包含驱动元件，便于利用电脑，单片机等设备对其进行自动控制，更增加了整个设备的灵活性和方便性，易于实现加工的自动化和柔性化。
【附图说明】
图1为本发明一种实施状态结构示意图；
图2为储球仓结构正视图；
图3为储球仓的俯视图；
图4为托架的结构示意图；
图5为图4所示A-A剖面图；
图6为台阶式转盘的俯视图；
图7为图6所示B-B剖面图；
图8为图7所示D部分的局部放大图；
图9为出球底座结构示意图；
图10为图9所示C-C剖视图；
图11为图10所示E部分放大图。
【具体实施方式】
如图1所示，本发明包括：储球仓1、托架2、台阶式转盘3、出球底座4以及驱动元件18。储球仓1设置在托架2上，驱动元件18通过连接件安装在出球底座4下方，台阶式转盘3和驱动元件18通过连接件连接，台阶式转盘3设置在托架2、出球底座4之间，且台阶式转盘3位于出球底座4中，托架2和出球底座4通过连接件连接在一起。
如图2和图3所示，储球仓1对于所要投放的每种直径规格的焊球，都有与其相对应的一偏心料孔5。每个偏心料孔5都由上部的倒角和下部的圆柱部分构成，便于更多地储存焊球，且可形成易于焊球下滑的通道。现假设需要投放4种规格的焊球，其直径分别为：0.76mm、0.5mm、0.3mm和0.2mm，而各偏心料孔5的直径均略大于所储存相应规格焊球的直径，分别为0.8mm、0.6mm、0.4mm和0.25mm，偏心距离分别为5mm、10mm、15mm、20mm，偏心方向分别为0度、135度、225度、180度。(以上尺寸只为一实施样例，根据具体情况可做相应调整，最佳尺寸的范围在前面已经详细阐述)。储球仓1底部中心开一孔12，用于留做电机轴以及连接电机轴与台阶式转盘3的键的转动的空间，这是因为台阶式转盘3非常的薄，连接转盘3和电机轴时会有一部分轴和键伸出在外面，为了不阻碍它的转动，在托架2和储球仓1的底部都开有这样的孔。
如图4和图5所示，托架2底面上对应着储球仓1的各偏心料孔5的偏心位置分别开有相同大小的通孔13。托架2底部开有两定位销孔6。底部中心开一孔14，用于留做电机轴以及连接电机轴与台阶式转盘3的键的转动的空间。
如图6、图7和图8所示，台阶式转盘3各台阶面上均匀发布着八个相应规格焊球通孔15，通孔15的偏心距离等于储球仓1相应规格偏心料孔5的偏心距离，通孔15的直径与储球仓1相应规格偏心料孔5直径相等。各台阶表面与底面的距离略大于相应规格的焊球的直径，从而保证了每个焊球通孔15中在工作时只能容纳一个其对应规格的焊球。台阶式转盘3中心开有与驱动元件18(如电机轴)相连的孔及键槽16。台阶式转盘3所选材料应在易于加工且价格适合的前提下，其摩擦系数尽量地小。
如图9、图10和图11所示，出球底座4顶部开有与台阶式转盘3相对应的倒台阶式凹槽17、下滑槽8(此实例中为倒三角形)和偏心出料孔9。还开有与托架2定位销孔6规格和位置相对应的两定位销孔7，可以利用定位销定位连接托架2。在出球底座4的顶部，偏离两定位销孔7的轴线方向45度(在本实施例中)的径向方向的一侧开有一下滑槽8，宽度略大于最大规格焊球的直径，起始和终止位置能保证投放任何规格焊球时，台阶式转盘3上含有该规格的焊球通孔15转到此下滑槽8上方时焊球能顺利落入该下滑槽中。出球底座4还开有一偏心出料孔9，偏心出料孔9与下滑槽8下端的顶点相连，偏心出料孔9的直径与下滑槽8的宽度相等。出球底座4下端还开有用于安装电机的槽10和两用于连接安装架的螺纹孔11。
如图1所示，驱动元件18例如电机通过连接件安装在出球底座4的驱动机构安装槽10中。台阶式转盘3和驱动元件18利用连接键通过台阶式转盘3的孔及键槽16连接在一起，且台阶式转盘3刚好位于出球底座4的倒台阶凹槽17中。托架2和出球底座4利用定位销，通过托架2的定位销孔6和出球底座4的定位销孔7连接在一起。在工作时，通过旋转储球仓1，使各偏心料孔5刚好与托架2的某一偏心通孔13对齐，从而可以使储球仓1偏心料孔5中的焊球顺利落入托架2的偏心通孔13中。
假设现在需要投放0.5mm的焊球，则首先通过旋转储球仓1使0.5mm的焊球对应的偏心料孔5与托架2中0.5mm焊球对应的偏心通孔13对准，使得0.5mm的焊球通过储球仓1的偏心料孔5、托架2的偏心通孔13落入台阶式转盘3的通孔15中，而其他直径规格的焊球被托架2的实体部分挡住，继续留在偏心料孔5内。由于台阶式转盘3中对应0.5mm焊球通孔15厚度为0.6mm，所以只有一颗焊球能够进入。在电机带动台阶式转盘3旋转45度时，相邻的通孔15将有一颗焊球能够进入。因为台阶式转盘3各台阶面上均匀发布着八个相应规格的焊球通孔15，这样每转动45度，将有一个0.5mm的焊球漏入到焊球通孔15中。同样原理，每转动45度，都会有一个装有焊球的焊球通孔15经过下滑槽8的上方，焊球通过下滑槽8落入偏心出料孔9中，从而达到每转动转盘45度落下一个0.5mm焊球的目的。
驱动机构18(如电机、气动转台等)可以安装在出料底座4的槽10里，也可安装在出料底座4外，例如安装架上。
本发明亦可把出球底座4的倒台阶式凹槽17开在托架2的底部，方向相反，形成正台阶式凹槽，实现同样的功能。
上述装置为多规格直径焊球自动投放装置，亦可改为单规格的焊球投放装置，此时偏心料孔5和托架2的偏心孔13只需一个，台阶式转盘3可改为单一厚度的圆盘，整个装置的结构将明显简化。可以考虑为每种规格的焊球做一个对应规格的投放装置，适用于不需经常变更投放焊球规格的场合。还可以把自动投放装置改为手动投放装置，此时只需把电机元件变成可手动旋转的元件，用它来带动台阶式圆盘的转动。