一种通孔三维锡膏印刷装置

技术领域

本发明涉及一种通孔三维锡膏印刷装置，属于电子产品制造PCB印刷设备技术领域。

背景技术

电子产品制造技术即是俗称的电子表面组装技术(SMT)，其主要工作过程包括锡膏印刷、元器件贴片和焊接三个步骤，锡膏印刷是SMT工艺中最关键的一步，据统计电子产品制造缺陷产生的原因有60～70％源自于锡膏印刷。锡膏印刷一般步骤包括安装金属模板、在模板上添加锡膏、安装刮刀、导入PCB、压印锡膏、印刷分离、导出PCB等。具体工作原理是首先参照PCB的焊盘布局图制作激光金属模板，需要通孔印刷的地方在激光金属模板开孔，然后按照锡膏印刷一般步骤完成锡膏印刷，从而将锡膏转印到PCB的焊盘和通孔中。

与一般的SMT工艺相比，通孔回流工艺使用的锡膏量要比一般的SMT多一些，大约是其30倍。传统通孔锡膏印刷工艺主要包括两种方式：增大锡膏印刷沉积和增大掩膜锡膏印刷量。这两种方式均容易造成很大的浪费，且通孔内的锡膏量仍然可能不足，造成焊点机械强度不高、电子产品可靠性较低，此外通孔锡膏印刷时极其容易导致残渣过多，给清理带来麻烦，给产品带来虚焊、桥连、立碑等缺陷。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种通孔三维锡膏印刷装置，结构设计新颖、上挤下拉、采用成熟印刷工艺、往返印刷行程均可印刷，印刷效率高，锡膏印刷均匀。

为达到上述目的，本发明是采用下述技术方案实现的：

本发明提供了一种通孔三维锡膏印刷装置，包括机架和位于机架上部分的印刷室，所述印刷室从上向下依次安装有拱架、Y向精确牵引系统、印刷头系统、刮刀、金属模板快速固定机构、柔性金属模板以及负压支撑腔；

所述印刷头系统安装固定在所述拱架上；

所述拱架安装在所述Y向精确牵引系统上面的滑动导轨上，沿着滑动导轨做Y向运动；

所述刮刀安装在印刷头系统的下方；

所述柔性金属模板安装在金属模板快速固定机构的槽内；

所述负压支撑腔位于所述印刷室的底部。

进一步的，所述机架下部分设有控制与储物室，所述控制与储物室内设有压缩储气罐。

进一步的，所述印刷头系统包括印刷头系统主体、刮刀头Z向固定横梁、前向刮刀头升降气缸、后向刮刀头升降气缸、刮刀头架、刮刀头Z向精确牵引系统、印刷头安装孔；

所述印刷头安装孔开设于印刷头系统主体的两侧，所述拱架穿过所述印刷头安装孔，所述印刷头系统主体被螺栓安装固定在所述拱架上；

所述刮刀头Z向精确牵引系统被固定在所述印刷头系统主体上，所述刮刀头Z向精确牵引系统包括安装于牵引电机、Z向微牵引滚珠丝杆、Z向滑动导轨和牵引螺母，所述Z向滑动导轨安装于所述印刷头系统主体上，所述Z向微牵引滚珠丝杆转动设置于所述Z向滑动导轨的一侧，所述牵引螺母螺纹连接于所述Z向微牵引滚珠丝杆的外表面，且所述牵引螺母与所述刮刀头Z向固定横梁相连接，所述牵引电机通过联轴器驱动Z向微牵引滚珠丝杆转动，进而带动牵引螺母领着刮刀头Z向固定横梁沿着Z向滑动导轨的上半部分做Z向的上下精确移动；

所述前向刮刀头升降气缸和后向刮刀头升降气缸的底座端被固定在所述刮刀头Z向固定横梁上，且伸出端与所述刮刀头架连接在一起；所述刮刀头架沿着所述Z向滑动导轨下半部分做Z向上下精确移动。

进一步的，所述刮刀头架包括三角固定架、锁紧螺栓、主刮刀固定立柱、浮动刮刀孔固定销、副刮刀固定立柱、前刮刀头组固定梁以及后刮刀头组固定梁；

所述前向刮刀头升降气缸的伸出端与所述前刮刀头组固定梁通过所述三角固定架进行固定；

所述主刮刀固定立柱通过所述锁紧螺栓与所述前刮刀头组固定梁进行锁紧固定，所述副刮刀固定立柱与所述刮刀头组固定梁进行锁紧固定；

所述刮刀通过所述浮动刮刀孔固定销安装于所述主刮刀固定立柱和副刮刀固定立柱上。

进一步的，所述刮刀包括浮动刮刀固定孔、刮刀刀身、金属刮刀面、金属刮刀面固定铆钉、刮刀浮动微调桨；

所述刮刀通过所述浮动刮刀固定孔套进所述浮动刮刀孔固定销上，所述刮刀刀身位于刮刀上，所述金属刮刀面通过所述金属刮刀面固定铆钉安装于刮刀刀身上，所述刮刀浮动微调桨安装于所述刮刀刀身的上方。

进一步的，所述刮刀浮动微调桨包括刮刀浮动微调桨固定孔、浮动微调桨身、和两个浮动微调螺柱，所述浮动微调桨身安装于所述刮刀刀身的上方，所述刮刀浮动微调桨固定孔开设于所述浮动微调桨身的中部，两个浮动微调螺柱分别螺纹连接于所述浮动微调桨身的两侧，且两个浮动微调螺柱的底部与所述刮刀刀身的上端面相接触，所述刮刀浮动微调桨固定孔与所述浮动刮刀固定孔相互重叠后共同套进所述浮动刮刀孔固定销上。

进一步的，所述金属模板快速固定机构包括C型钢槽、锁紧气缸、锁紧橡胶垫圈、C型钢槽滑动导轨、C型钢槽导向丝杆；

一对所述C型钢槽滑动导轨被分别安装在所述机架的印刷室内的两侧，所述C型钢槽导向丝杆转动设置于所述C型钢槽滑动导轨的内部，所述C型钢槽滑动设置于所述C型钢槽滑动导轨上，且所述C型钢槽与所述C型钢槽导向丝杆螺纹连接，所述锁紧气缸安装于所述C型钢槽的内侧最上方，且所述锁紧气缸的输出端安装有所述锁紧橡胶垫圈。

进一步的，所述负压支撑腔包括负压腔、密封硅胶毡、排气孔、密封盖、气缸连接器、支撑气缸、可调磁吸支撑杆、可调磁吸支撑块和排渣孔；

所述负压腔通过多个支撑气缸安装于所述柔性金属模板的下方，所述负压腔底部通过气缸连接器分别与多个支撑气缸的伸出端形成固定连接，所述支撑气缸固定在所述印刷室的底部；所述负压腔通过所述密封硅胶毡与所述柔性金属模板形成一个密闭空腔，所述负压腔上开设有排气孔，所述排气孔上安装有密封盖，所述可调磁吸支撑杆和可调磁吸支撑块通过磁吸的方式被吸附在所述负压腔的底部，所述排渣孔开设于所述负压腔的底部。

进一步的，所述Y向精确牵引系统包括Y向滑动导轨、Y向牵引滚珠丝杆、导轨支撑销、印刷头系统牵引丝杆螺母、联轴器以及电机；

两根所述Y向滑动导轨被所述导轨支撑销安装固定在所述机架的两侧，所述拱架飞跨在所述Y向滑动导轨上方，与所述印刷头系统牵引丝杆螺母形成固定连接，所述电机通过所述联轴器带动所述Y向牵引滚珠丝杆转动，进而通过所述印刷头系统牵引丝杆螺母带动拱架沿着Y向做前后精确移动。

进一步的，所述机架外部包括可收拉式电脑，底部装有四个万向轮。

与现有技术相比，本发明所达到的有益效果：

本发明提供一种通孔三维锡膏印刷装置，将采用叠印技术和负压吸附耦合的方法，结构设计新颖、上挤下拉、采用成熟印刷工艺、往返印刷行程均可印刷，印刷效率高，锡膏印刷均匀，本发明即可以实现锡膏平面印刷，又可以实现通孔锡膏印刷，便于人们完成锡膏三维印刷的需要。

附图说明

图1是本发明实施例提供的通孔三维锡膏印刷装置主结构示意图。

图2是本发明实施例提供的锡膏印刷头Y向前后运动装置示意图。

图3是本发明实施例提供的印刷头系统结构示意图。

图4是本发明实施例提供的刮刀及浮动微调桨结构示意图。

图5是本发明实施例提供的金属模板快速固定机构结构示意图。

图6是本发明实施例提供的负压腔结构示意图。

标号说明：1、机架；2、印刷头系统；3、刮刀；4、金属模板快速固定机构；5、柔性金属模板；6、负压支撑腔；7、控制与储物室；8、Y向精确牵引系统；9、拱架；10、可收拉式电脑；11、万向轮；12、压缩储气罐；21、印刷头系统主体；22、刮刀头Z向固定横梁；23、前向刮刀头升降气缸；24后向刮刀头升降气缸；25、刮刀头架；26、刮刀头Z向精确牵引系统；27、印刷头安装孔；31、浮动刮刀固定孔；32、刮刀刀身；33、金属刮刀面；34、金属刮刀面固定铆钉；35、刮刀浮动微调桨；41、C型钢槽；42、锁紧气缸；43、锁紧橡胶垫圈；44、C型钢槽滑动导轨；45、C型钢槽导向丝杆；61、负压腔；62、密封硅胶毡；63、排气孔；64、密封盖；65、气缸连接器；66、支撑气缸；67、可调磁吸支撑杆；68、可调磁吸支撑块；69、排渣孔；81、Y向滑动导轨；82、Y向牵引滚珠丝杆；83、导轨支撑销；84、印刷头系统牵引丝杆螺母；85、联轴器；86、电机；251、三角固定架；252、锁紧螺栓；253、主刮刀固定立柱；254、浮动刮刀孔固定销；255、副刮刀固定立柱；256、前刮刀头组固定梁；257、后刮刀头组固定梁；261、牵引电机；262、Z向微牵引滚珠丝杆；263、Z向滑动导轨；264、牵引螺母；351、刮刀浮动微调桨固定孔；352、刮刀浮动微调桨；353、浮动微调螺柱。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例1

本实施例中所述X向是指平行于锡膏印刷装置所在生产线的方向，也称“左右”，所述Y向是指垂直于锡膏印刷装置所在生产线的方向，也称“前后”，所述Z向是指铅垂直于锡膏印刷装置所在生产线的方向，也称“上下”。

如图1-6所示，本实施例介绍一种通孔三维锡膏印刷装置，包括机架1、印刷头系统2、刮刀3、金属模板快速固定机构4、柔性金属模板5、负压支撑腔6、控制与储物室7、Y向精确牵引系统8、拱架9。在所述机架1内部分为上下两部分，上部分为印刷室、下部分为控制与储物室7。在所述印刷室内从上向下依次安装有拱架9、Y向精确牵引系统8、印刷头系统2、刮刀3、金属模板快速固定机构4、柔性金属模板5、负压支撑腔6。

如图1和2所示，所述印刷头系统2被三个螺栓安装固定在所述拱架9上，拱架9的两端分别安装在Y向精确牵引系统8上面的Y向滑动导轨81上，与通过印刷头系统牵引丝杆螺母84形成固定连接，两根所述Y向滑动导轨81被所述导轨支撑销83分别安装在所述机架1上半部分印刷室内的左右两侧。电机86通过联轴器85带动Y向牵引滚珠丝杆82转动，进而通过印刷头系统牵引丝杆螺母84带动拱架9沿着Y向做前后精确移动，进行带动印刷头系统2沿着Y向做前后精确移动，进而带动刮刀3随着印刷头系统2一起在柔性金属模板5做前后滑动。

如图3所示，印刷头系统2包括印刷头系统主体21、刮刀头Z向固定横梁22、前向刮刀头升降气缸23、后向刮刀头升降气缸24、刮刀头架25、刮刀头Z向精确牵引系统26、印刷头安装孔27。

进一步的，所述印刷头安装孔27开设于印刷头系统主体21的两侧，所述拱架9穿过所述印刷头安装孔27，所述印刷头系统主体21被螺栓安装固定在所述拱架9上，刮刀头Z向精确牵引系统26被固定在印刷头系统主体21上，刮刀头Z向精确牵引系统26包括牵引电机261、Z向微牵引滚珠丝杆262、Z向滑动导轨263和牵引螺母264。牵引螺母264和刮刀头Z向固定横梁22形成固定连接，牵引电机261通过联轴器85驱动Z向微牵引滚珠丝杆262转动，进而带动牵引螺母264领着刮刀头Z向固定横梁22沿着Z向滑动导轨263的上半部分做Z向的上下精确移动。

前向刮刀头升降气缸23随着刮刀头Z向固定横梁22一起做Z向的上下精确移动，并带着刮刀头架25一起做Z向的上下精确移动。随着前向刮刀头升降气缸23的气缸杆的伸出与缩回，刮刀头架25也会沿着Z向滑动导轨263下半部分做Z向上下快速移动。

如图3所示，刮刀头架25包括三角固定架251、锁紧螺栓252、主刮刀固定立柱253、浮动刮刀孔固定销254、副刮刀固定立柱255、前刮刀头组固定梁256、后刮刀头组固定梁257。

主刮刀固定立柱253和副刮刀固定立柱255与前刮刀头组固定梁256之间形成的夹角不一定是90°，可以根据需要适当调节，然后通过锁紧螺栓252进行锁紧固定，这样可以确保刮刀3与柔性金属模板5形成可调的锡膏印刷推动角度，而非刮刀3自身的刮刀角度，改善锡膏印刷的推力。后刮刀头组固定梁257采用前刮刀头组固定梁256同样的结构，也安装有主刮刀固定立柱253和副刮刀固定立柱255。

如图3所示，主刮刀固定立柱253和副刮刀固定立柱255上均有浮动刮刀孔固定销254，每个浮动刮刀孔固定销254都要安装一把刮刀3，锡膏印刷时，副刮刀固定立柱255上安装的刮刀与柔性金属模板5之间保持相对宽松的接触，确保锡膏印刷时有较多的锡膏残留，主刮刀固定立柱253上安装的刮刀与柔性金属模板5之间保持相对紧密的接触，确保同一印刷行程时进行第二次锡膏印刷，且给锡膏提供更强大的推力，进一步推动锡膏灌入PCB通孔，通过叠印过程在单一行程中二次推动锡膏灌入PCB通孔，增加通孔印刷的锡膏量。

前刮刀头组固定梁256上安装的两把刮刀在锡膏印刷时推动锡膏沿着Y向向前滚动；后刮刀头组固定梁257上安装的两把刮刀在锡膏印刷时推动锡膏沿着Y向向后滚动。

如图3和4所示，刮刀3通过浮动刮刀固定孔31套进浮动刮刀孔固定销254上，因为采用了单一固定销固定，因此刮刀会绕着浮动刮刀孔固定销254转动，锡膏印刷时可以实现刮刀3与柔性金属模板5之间间隙的浮动调节。刮刀浮动微调桨35也是通过刮刀浮动微调桨35固定孔套进浮动刮刀孔固定销254上，然后通过调节两个浮动微调螺柱353的伸出长度，可调节刮刀刀身32与浮动微调桨身的平行度，确保刮刀3在柔性金属模板5上的上下浮动范围，确保刮刀3和柔性金属模板5之间的接触间隙不太大。当然，刮刀浮动微调桨35是备选模块，仅适用于对刮刀3与柔性金属模板5之间间隙有特殊要求的场合。

如图6负压支撑腔6包括负压腔61、密封硅胶毡62、排气孔63、密封盖64、气缸连接器65、支撑气缸66、可调磁吸支撑杆67、可调磁吸支撑块68和排渣孔69。PCB经过传输导轨导入进印刷装置后，停在柔性金属模板5的正下方，负压腔61在个支撑气缸66的支撑下迅速抬起，分布于负压腔61内部的可调磁吸支撑杆67和可调磁吸支撑块68随着负压腔61一同升起，将PCB顶起来，与柔性金属模板5紧密接触，PCB的焊盘与其在柔性金属模板5上对应的开孔完全重叠在一起，通过密封硅胶毡62将负压腔61与柔性金属模板5组成了一个密闭的空腔。随着在刮刀3的挤压下，柔性金属模板5将向下发生弯曲弹性变形，挤压所述密闭空腔，然后通过排气孔63排出空气，一旦排气完毕，密封盖64在负压作用下将自动关闭，进而使得所述密闭空腔变成负压空腔，对留存在PCB通孔中的锡膏造成强大的吸力，使得锡膏进一步穿过PCB通孔，提升通孔锡膏印刷的垂直印刷量。

通过调节可调磁吸支撑杆67和可调磁吸支撑块68的分布位置与密度，可以均匀分摊锡膏印刷时PCB受到刮刀3带来的挤压力，预防印刷时造成锡膏印刷厚薄不均。印刷过程产生的锡渣和污物也将直接落在负压腔61内，可以通过排渣孔69进行定期清除，避免污染印刷装置的其他部位，利于环保。

如图5所示，金属模板快速固定机构4主要包括C型钢槽41、锁紧气缸42、锁紧橡胶垫圈43、C型钢槽41滑动导轨、C型钢槽41导向丝杆。柔性金属模板5安装在C型钢槽41内，

通过C型钢槽41导向丝杆牵引C型钢槽41在C型钢槽41滑动导轨上微量滑动，确保一对C型钢槽41之间的间隙等于柔性金属模板5的外框架的宽度，通过修正C型钢槽41在C型钢槽41滑动导轨上的滑动位移，确保PCB的焊盘与其在柔性金属模板5上对应的开孔完全重叠在一起，然后，启动锁紧气缸42，用气缸伸出端连同位于其上的锁紧橡胶垫圈43快速压紧柔性金属模板5，确保柔性金属模板5能够牢牢地固定在当前的位置。

至此，通孔三维锡膏印刷装置就调整完毕，锡膏印刷时，只要柔性金属模板5上添加适量的锡膏，将一块空白的PCB导入进该装置，开启该装置，就可以完成自动印刷，印刷完毕PCB传输装置会导出已经印刷好的PCB，同时导入另一块新的空白PCB，刮刀利用返程继续重复上述动作，完成通孔三维锡膏印刷。通过本装置进行锡膏印刷，刮刀的一个往返行程可以完成2块PCB印刷。

按照锡膏印刷机的传统布局方法，在所述负压支撑腔66和金属模板快速固定机构44可以添加自动模板清洗装置和PCB自动输入输出装置，在本实施例的基础上添加这些装置仅算本实施例的合理延伸。

实施例2

进行非通孔锡膏印刷时，可以只选用主刮刀固定立柱253安装刮刀，副刮刀固定立柱255不安装刮刀，就可以直接进行锡膏单刮刀印刷，进而满足对锡膏印刷精度要求不高或者非通孔锡膏印刷的产品的需求。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。