способ изготовления термоэлектрических модулей, устройство и приспособление для укладки элементов "n" и "p" типа

Формула изобретения

1. Способ изготовления термоэлектрического модуля, включающий поочередную виброукладку элементов "n" и "р" типа на промежуточный элемент, перенос элементов "n" и "р" типа на плату с припоем путем выдавливания их из промежуточного элемента и пайку, отличающийся тем, что в качестве промежуточного элемента используют кассету с продольными каналами, виброукладку осуществляют по длине каналов и после заполнения каналов "n" и "р" элементы фиксируют в горизонтальной и вертикальной плоскостях, а заполненные кассеты собирают в пакет, причем кассету гладкой поверхностью размещают на поверхность с каналами следующей кассеты, пакет выходными отверстиями каналов кассет устанавливают перпендикулярно плоскости плиты с припоем с зазором, равным высоте единичного элемента "n" и "р" типа, а выдавливание осуществляют на каждую плату порядно с ближнего ряда "n" и "р" элементов из пакета.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что длина канала в кассете соответствует суммарной длине одного типа элементов, количество элементов в канале соответствует количеству заполняемых плат, а количество каналов в кассете соответствует количеству элементов "n" и "р" типа в каждом ряду платы.

3. Устройство для укладки элементов "n" и "р" типа, содержащее виброчашу с расположенной на ее внутренней поверхности спиральной канавкой и с лотком выгрузки на выходе из канавки, отсекатель выгрузки "n" и "р" элементов, стол с механизмом перемещения и установленный на столе промежуточный элемент с гнездами для укладки элементов "n" и "р" типа, отличающееся тем, что промежуточный элемент выполнен в виде сменной кассеты с закрепленным на ней с возможностью поворота в вертикальной плоскости фиксатором для удержания элементов "n" и "р" типа в гнездах в горизонтальной и вертикальной плоскостях, при этом гнезда выполнены в виде продольных каналов на одной из поверхностей кассеты, фиксатор - в виде пружинной пластины, имеющей на одном конце гребенку, зубья которой расположены в каналах кассеты, толкатель выполнен в виде гребенки, зубья которой размещены в каналах кассеты со стороны крепления фиксатора, отсекатель - в виде установленной на входе в лоток пластины, размещенной по касательной к канавке виброчаши, обеспечивающей вход элементов в лоток в горизонтальном положении, а механизм перемещения стола выполнен в виде линейного вибратора с шаговым приводом, причем шаг перемещения стола равен двойной ширине канала кассеты, а один из каналов кассеты расположен соосно лотку выгрузки.

4. Устройство по п.3, отличающееся тем, что ширина канала больше ширины элементов "n" и "р" типа на 3-5%.

5. Приспособление для укладки элементов "n" и "р" типа, содержащее промежуточный элемент с гнездами для укладки в них элементов "n" и "р" типа, отличающееся тем, что оно снабжено дополнительными элементами, каждый из которых выполнен в виде кассет с толкателем и фиксатором для удержания элементов "n" и "р" типа в горизонтальной и вертикальной плоскостях в гнездах, при этом гнезда выполнены в виде продольных каналов на одной из поверхностей кассет, фиксатор - в виде закрепленной на кассете с возможностью поворота в вертикальной плоскости пружинной пластины, имеющей на одном конце гребенку, зубья которой расположены в каналах кассеты на выходе элементов "n" и "р" типа из каналов, а толкатель выполнен в виде гребенки, установленной в каналах кассеты со стороны крепления фиксатора с возможностью перемещений по их оси, причем кассеты уложены в пакет с чередованием гладкой поверхности кассеты с поверхностью с каналами следующей кассеты и собраны посредством стяжек по их концам.

6. Приспособление по п.5, отличающееся тем, что длина пластины с гребенкой меньше чем длина кассеты на длину единичного элемента "n" и "р" типа.

7. Приспособление по п.5, отличающееся тем, что зубья пружинной пластины выполнены ступенчатой формы, при этом нижняя ступень зуба расположена в канале кассеты.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к термоэлектрическому приборостроению и может быть использовано при изготовлении термоэлектрических модулей в серийном и промышленном производстве.

Технической задачей данного изобретения является механизация процесса изготовления термоэлектрических модулей и, как следствие, повышение производительности процесса, создание устройства и приспособления для укладки элементов “n” и “р” типа, позволяющих укладывать одновременно все элементы на плату и обеспечивающих упрощение сборки и изготовления термоэлектрического модуля, упрощение обслуживания и наладки устройства и приспособления.

Известен способ изготовления термоэлектрического модуля с чередующимися элементами “n” и “p” типа проводимости, включающий виброукладку элементов “n” и “р” типа в кассету с гнездами с использованием трафаретов под один из видов элементов “n” и “р” типа, перенос “n” и “р” элементов на платы с припоем путем наложения платы на “n” и “р” элементы с последующей пайкой. Известное устройство для укладки содержит кассету с гнездами для укладки в них элементов “n” и “р” типа, сменные трафареты с отверстиями под элементы “n” и “р” типа, устанавливаемые поочередно на кассету, вибратор для виброукладки. Известное приспособление для укладки содержит кассету с гнездами для укладки в них элементов “n” и “р” типа. (Л.П.Федотов и др. Производство полупроводниковых приборов. М., Энергия, 1979, с.194-196).

В вышеприведенных решениях процесс изготовления довольно сложен, так как используется в основном ручной труд (ручная сборка) и, как следствие, увеличение времени на сам процесс сборки и изготовления термоэлектрического модуля.

Известны способ изготовления термоэлектрического модуля, включающий поочередную виброукладку элементов “n” и “р” типа на промежуточный элемент “n” и “р” типа, перенос элементов на плату с припоем путем выдавливания их из промежуточного элемента и пайку; устройство для укладки элементов “n” и “р” типа, содержащее виброчашу с расположенной на ее внутренней поверхности спиральной канавкой и с лотком выгрузки на выходе из канавки, отсекатель выгрузки элементов “n” и “р” типа, стол с механизмом перемещения и установленный на столе промежуточный элемент с гнездами для укладки элементов “n” и “р” типа; приспособление для укладки элементов, содержащее промежуточный элемент с гнездами для укладки в них элементов “n” и “р” типа (патент JP №2003017764, Н 01 L 35/32, опубл. 2003 г.).

Недостатком приведенных решений является сложность и длительность самого процесса, так как перенос элементов “n” и “р” типа на плату осуществляется поединично.

Техническим результатом заявленного изобретения является повышение производительности процесса изготовления термоэлектрического модуля за счет одновременной укладки всех элементов “n” и “р” типа на плату и резкого снижения трудозатрат на сам процесс, снижение его себестоимости за счет резкого снижения трудозатрат и времени процесса изготовления термоэлектрических модулей, повышение надежности работы и выхода годного, упрощение сборки и наладки устройства и приспособления.

Технический результат достигается тем, что в способе для изготовления ТЭМ, включающем поочередную виброукладку элементов “n” и “р” типа на промежуточный элемент, перенос их на плату с припоем путем выдавливания их из промежуточного элемента и пайку, согласно изобретению в качестве промежуточного элемента используют кассету с продольными каналами на одной из ее поверхностей, виброукладку осуществляют по всей длине каналов и после заполнения каналов элементы “n” и “р” типа фиксируют в горизонтальной и вертикальной плоскостях, а заполненные кассеты собирают в пакет, причем кассету с гладкой поверхностью размещают на поверхность с каналами следующей кассеты, пакет выходными отверстиями каналов устанавливают перпендикулярно плоскости платы с припоем с зазором, равным высоте единичного элемента “n” и “р” типа, а выдавливание осуществляют на каждую плату порядно с ближнего ряда элементов “n” и “р” типа из пакета; длина канала в кассете соответствует суммарной длине одного типа элементов, количество каналов в кассете соответствует количеству элементов “n” и “р” типа в каждом ряду платы, а количество элементов в канале соответствует количеству заполняемых плат. Также технический результат достигается тем, что в устройстве для укладки элементов “n” и “р” типа, содержащем виброчашу с расположенной на ее внутренней поверхности спиральной канавкой и с лотком выгрузки на выходе из канавки, отсекатель выгрузки элементов “n” и “р” типа, стол с механизмом перемещения и установленный на столе промежуточный элемент с гнездами для укладки элементов “n” и “р” типа, согласно изобретению промежуточный элемент выполнен в виде сменной кассеты с закрепленным на ней с возможностью поворота в вертикальной плоскости фиксатором для удержания элементов “n” и “р” типа в гнездах в вертикальной и горизонтальной плоскостях, при этом гнезда выполнены в виде продольных каналов на одной из поверхностей кассеты, фиксатор - в виде пружинной пластины, имеющей на одном конце гребенку, зубья которой расположены в каналах кассеты, толкатель выполнен в виде гребенки, зубья которой размещены в каналах кассеты со стороны фиксатора, отсекатель - в виде установленной на входе в лоток пластины, обеспечивающей вход элементов в лоток в горизонтальном положении, а механизм перемещения стола выполнен в виде линейного вибратора с шаговым приводом, причем шаг перемещения стола равен двойной ширине канала кассеты, а лоток выгрузки расположен соосно одному из каналов кассеты; ширина канала больше ширины элементов “n” и “р” типа на 3-5%.

Также технический результат достигается тем, что в приспособлении для укладки элементов “n” и “р” типа, содержащем промежуточный элемент с гнездами для укладки элементов “n” и “р” типа, согласно изобретению оно снабжено дополнительными промежуточными элементами, каждый из которых выполнен в виде кассеты с толкателем и фиксатором для удержания элементов “n” и “р” типа в гнездах в вертикальной и горизонтальной плоскостях, при этом гнезда выполнены в виде продольных каналов на одной из поверхностей кассеты, фиксатор - в виде закрепленной на кассете с возможностью поворота в вертикальной плоскости подпружиненной пластины, имеющей на одном конце гребенку, зубья которой расположены в каналах кассеты на выходе элементов “n” и “р” типа из каналов, толкатель - в виде гребенки, установленной в каналах кассеты со стороны фиксатора с возможностью перемещения по их оси, причем кассеты уложены в пакет с чередованием гладкой поверхности кассеты с поверхностью с каналами следующей кассеты и собраны посредством стяжек по их концам; зубья пружинной пластины выполнены ступенчатыми, при этом нижняя ступень расположена в канале; длина пластины с гребенкой меньше длины канала кассеты на длину единичного элемента.

Сущность изобретения заключается в оригинальном способе укладки элементов “n” и “р” типа в сменные кассеты, а последующая сборка кассет в пакет и возможность выдавливания всех элементов на плату позволяет не только обеспечить одновременную укладку элементов “n” и “р” типа, но и их укладку на несколько плат, количество которых соответствует количеству элементов в одном канале кассеты, что повышает производительность изготовления термоэлектрических модулей.

Новым в устройстве для укладки элементов является выполнение отсекателя вибратора, что позволяет ориентированно направить каждый единичный элемент в строго горизонтальном положении в лоток выгрузки, а затем и в канал кассеты, расположение лотка соосно одному из каналов кассеты, выполнение стола загрузки с вибратором и с приводом шагового линейного его перемещения, что позволяет в автоматизированном режиме полностью загрузить элементы в канал кассеты, при этом соблюдается визуальный контроль укладки.

Выполнение кассеты с фиксатором и выполнение длины фиксатора меньше длины канала кассеты позволяет обеспечить надежное фиксированное положение элементов в каналах в горизонтальной и вертикальной плоскостях. Ступенчатая форма зубьев пружинной пластины обеспечивает надежную фиксацию элементов в канале.

Задание шага перемещения стола, равного двойной ширине канала, позволяет обеспечить загрузку элементов одного типа в кассету через канал.

Длина канала в кассете соответствует суммарной длине элементов одного типа, количество элементов в канале соответствует количеству заполняемых плат, а количество каналов соответствует количеству элементов “n” и “р” типа в каждом ряду платы. Все это приводит к увеличению производительности изготовления термоэлектрических модулей, а выполнение каждого канала в кассете шириной больше ширины единичного элемента на 3-5% позволяет обеспечить надежное перемещение этого элемента в канале.

Сборка кассет в пакет и расположение кассет гладкой поверхностью на поверхность с каналами следующей кассеты, а также выполнение кассеты с толкателем позволяет выкладывать сразу все элементы “n” и “р” типа из ближнего ряда пакета на плату с припоем, что значительно сокращает время сборки термоэлектрического модуля и тем самым увеличивает производительность процесса изготовления термоэлектрических модулей.

Расположение пакета кассет выходными отверстиями каналов перпендикулярно плоскости платы с припоем на расстоянии равном высоте единичного элемента позволяет обеспечить выгрузку всего близлежащего ряда элементов “n” и “р” типа из пакета на плату с припоем и тем самым сократить время переноса элементов на плату, что увеличивает производительность процесса изготовления термоэлектрического модуля.

Перечисленные признаки состоят в причинно-следственной связи с получаемым результатом и позволяют на высоком техническом уровне изготовлять термоэлектрические модули с высоким качеством и механизацией и автоматизацией процесса изготовления термоэлектрического модуля.

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 изображено устройство для укладки элементов “n” и “р” типа - общий вид; на фиг.2 показано приспособление для укладки элементов; на фиг.3 - приспособление в сборке; на фиг 4 - расположение элементов “n” и “р” типа на плате; на фиг.5 - расположение элементов “n” и “р” типа между двух плат; на фиг.6 - узел А фиг.2.

Способ заключается в поочередной виброукладке элементов “n” и “р” типа в каналы сменной кассеты по всей их длине с последующей фиксацией элементов в кассете в горизонтальной и вертикальной плоскостях. Заполненные кассеты собирают в пакет, при чем гладкую поверхность одной кассеты располагают на поверхность с каналами другой кассеты. Пакет кассет располагают отверстиями в сторону платы с припоем и устанавливают его перпендикулярно плате с зазором относительно друг друга на величину, равную высоте единичного элемента, и осуществляют выдавливание элементов из пакета на одну плату порядно с ближнего ряда элементов “n” и “р” типа из пакета. Если в одном канале кассеты находится количество одного типа элементов, равное “m”, то пакет кассет обеспечивает заполнение того же количества плат (“m”).

Устройство для укладки элементов “n” и “р” типа содержит закрепленную на круговом вибраторе виброчашу 1 с расположенной на ее внутренней поверхности спиральной канавкой 2 и с лотком 3 выгрузки элементов 4 “n” и “р” типа, расположенным на выходе из канавки 2, отсекатель 5 в виде пластины, установленной на входе в лоток 3 и расположенной по касательной к канавке 2 виброчаши 1, стол 6, соединенный с линейным вибратором 7 и с шаговым приводом 8. На столе установлена сменная кассета 9 для укладки в нее элементов 4 “n” и “р” типа с продольными каналами 10, лоток 3 выгрузки элементов “n” и “р” типа расположен соосно одному из каналов 10 кассеты 9.

Приспособление для укладки элементов “n” и “р” типа содержит пакет 11 кассет 9, каждая из которых имеет на одной из поверхностей продольные каналы 10, фиксатор и толкатель. Кассеты уложены в пакет 11 с чередованием гладкой поверхности кассеты с поверхностью с каналами следующей кассеты и стянуты между собой по концам с помощью стяжек 12.

Фиксатор выполнен в виде закрепленной на кассете 9 с возможностью поворота в вертикальной плоскости пружинной пластины 13 с гребенкой 14 на одном конце, при этом зубья гребенки расположены в каналах 10 на выходе элементов типа “n” и “р” из каналов 10. Пластина 13 с гребенкой 14 имеет длину меньше, чем длина канала 10 кассеты 9 на длину единичного элемента 4 “n” и “р” типа. Зубья пружинной пластины 13 выполнены ступенчатыми, при этом нижняя ступень расположена в канале.

Толкатель выполнен в виде гребенки 15, установленной в каналах 10 со стороны крепления фиксатора с возможностью перемещения по оси каналов 10.

Количество каналов 10 на кассете 9 равно количеству рядов элементов 4 “n” и “р” типа, укладываемых на плату 16 с припоем, а длина каждого канала 10 соответствует суммарной длине элементов 4 и количество элементов 4 соответствует количеству заполняемых плат 16, при этом ширина каждого канала 10 выполнена больше на 3-5% ширины единичного элемента 4.

Способ и работа устройства и приспособления осуществляется следующим образом.

Перед началом процесса кассету 9 подготавливают - открывают (откидывают) фиксатор (пружинную пластину 13) и отводят толкатель (гребенку 15) в крайнее положение - как можно ближе к креплению фиксатора на кассете 9. В таком состоянии кассету 9 размещают на столе 6, закрепленном на линейном вибраторе, при этом вход в каналы расположен со стороны виброчаши, и кассету 9 устанавливают таким образом, что один из каналов 10 находится соосно лотку 3 виброчаши 1. В виброчашу 1 загружают элементы 4 одного типа, включают привод виброчаши и линейный вибратор стола. Элементы под воздействием вибрации поднимаются по спиральной канавке 2 виброчаши 1. На входе в лоток 3 элемент 4 ориентирован строго в горизонтальном положении с помощью отсекателя 5 и далее по лотку 3, соосно расположенному каналу 10 кассеты 9, элемент 4 поступает в канал 10 кассеты 9. Линейный вибратор стола 6 под воздействием вибрации обеспечивает смещение и фиксированное заполнение канала 10 элементами 4. После заполнения одного канала 10 стол 6 посредством линейного шагового привода перемещается на шаг, равный двойному расстоянию между каналами 10 кассеты 9. Следующий заполняемый канал 10 также располагают соосно лотку 3 выгрузки виброчаши 1. После полного заполнения половины количества каналов 10 кассеты 9 пружинную пластину 13 с гребенкой 14 поворачивают в вертикальной плоскости и пластина ложится на уложенные элементы 4, при этом зубья гребенки 14 располагаются в каналах 10 на выходе элементов 4 из каналов 10. Кассету 9 снимают со стола 6 и в таком состоянии кассету складируют. На стол 6 загружают следующую кассету 9. Заполнив элементами одного типа все необходимые кассеты 9, в виброчашу 1 загружают элементы 4 другого типа. На стол 6 устанавливают наполовину загруженную кассету 9, откидывают за счет поворота в вертикальной плоскости пружинную пластину 13 с гребенкой 14, при этом кассету 9 размещают таким образом, что свободный канал 10 находится соосно лотку 3 выгрузки. Процесс загрузки элементов 4 из виброчаши и заполнение каналов 10 кассеты 9 элементами 4 повторяется в ранее описанной последовательности.

Кассеты 9 с полностью заполненными каналами 10 собирают в пакет 11, укладывая кассеты друг на друга гладкой нижней поверхностью на поверхность с каналами 10 предыдущей кассеты. Собрав в стопку кассеты, их скрепляют по концам стяжками 12 в пакет 11. Пакет 11 кассет выходными каналами 10 устанавливают напротив платы 16 с припоем и перпендикулярно ее поверхности с зазором между ними, равным высоте единичного элемента 4. Затем перемещают установленные в каналах 10 по их осям гребенки 15, которые осуществляют выдавливание всего ближнего ряда элементов 4 “n” и “р” типа на поверхность платы 16 с припоем. Полностью заполненную плату 16 удаляют и на ее место устанавливают следующую пустую плату 16 с припоем, и повторяют процедуру заполнения. Количество заполняемых плат соответствует количеству рядов элементов 4 “n” и “р” типа в каждом канале 10 кассет 9.

Данные способ изготовления термоэлектрического модуля, устройство и приспособление для укладки элементов “n” и “р” типа позволяют механизировать и автоматизировать процесс изготовления термоэлектрического модуля. Одновременно с укладкой элементов появляется возможность визуального контроля укладки элементов “n” и “р” типа, что позволяет, в конечном счете, повысить качество процесса изготовления. Групповая посадка элементов “n” и “р” типа на плату повышает качество и эффективность изготовления термоэлектрического модуля, кроме того, использование пакета заполненных кассет обеспечивает укладку элементов на определенное количество плат, что значительно снижает стоимость изготовления термоэлектрических модулей. Все это позволяет увеличить производительность и снизить себестоимость процесса изготовления термоэлектрического модуля, также резко снизить трудозатраты на сборку термоэлектрического модуля.