用于IC芯片封装的精密定位装置.pdf

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摘要
申请专利号:

CN200410093662.4

申请日:

2004.11.29

公开号:

CN1614761A

公开日:

2005.05.11

当前法律状态:

终止

有效性:

无权

法律详情:

未缴年费专利权终止IPC(主分类):H01L 21/68申请日:20041129授权公告日:20061108终止日期:20091229|||授权|||实质审查的生效|||公开

IPC分类号:

H01L21/68; B81C5/00

主分类号:

H01L21/68; B81C5/00

申请人:

天津大学;

发明人:

张大卫; 冯晓梅

地址:

300072天津市南开区卫津路92号

优先权:

专利代理机构:

天津市学苑有限责任专利代理事务所

代理人:

解松凡

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内容摘要

本发明涉及两维驱动系统的高速高精度定位平台。用于IC芯片封装的精密定位装置,X向与Y向直线音圈电机均固定安装于基座,由X向与Y向两个直线音圈电机各自驱动的X、Y定位工作台运动的合成,确定其焊头在X-Y平面上的位置,同时与直线音圈电机驱动的焊头在Z方向上运动的结合,实现焊头的三自由度运动,完成定位和焊接任务。Y向定位工作台和Y向驱动电机间由无间隙解耦机构连接,不但使机构具有传统XY定位工作台运动学解耦的特点,而且X、Y定位工作台采用直线光栅尺作为末端位置反馈元件,保证系统实现高速高精度运动。本发明除适用于IC芯片封装外还可用于MEMS器件的微连接和微组装。

权利要求书

1.  用于IC芯片封装的精密定位装置,具有Y向直线音圈电机(1)、驱动焊头用直线音圈电机(9)、X向直线音圈电机(10)、焊头(11)、Y向直线光栅尺(12)、Y导向交叉滚子导轨(13)、X导向交叉滚子导轨(14)、X向直线光栅尺(15)、前滚针轴承(18)、滚动导轨(19)、后滚针轴承(20)、弹簧(22),其特征是采用Y向直线音圈电机(1)驱动Y向定位工作台(16)沿Y向运动,采用X向直线音圈电机(10)驱动X向定位工作台(17)沿X向运动,X向直线音圈电机(10)和Y向直线音圈电机(1)均固定安装在基座(23)上,X向定位工作台(17)通过一对X导向交叉滚子导轨(14)与基座(23)连接,Y向定位工作台(16)置于X向定位工作台(17)上部,通过一对Y导向交叉滚子导轨(13)与X向定位工作台(17)连接,Y向定位工作台(16)与Y向直线音圈电机(1)之间通过弹性解耦结构相连,X向直线光栅尺(15)安装在基座(23)中部作为X向定位工作台(17)的末端位置反馈部件,Y向直线光栅尺(12)安装在X向定位工作台(17)中部作为Y向定位工作台(16)的末端位置反馈部件,焊头(11)通过焊头支撑体(8)固定安装于Y向定位工作台(16),由驱动焊头用直线音圈电机(9)驱动沿Z向运动。

2.
  按照权利要求1所述的用于IC芯片封装的精密定位装置,其特征是所述的弹性解耦结构:Y向直线音圈电机(1)与导向滑板(3)刚性连接,前滚针轴承(18)通过前导轮轴(6)安装于导向滑板(3),后滚针轴承(20)通过后导轮轴(4)也安装于导向滑板(3),导向滑板(3)通过滚动导轨(19)与基座(23)连接。

3.
  按照权利要求1所述的用于IC芯片封装的精密定位装置,其特征是所述的弹性解耦结构亦包括:前导轮研磨板(7)和后导轮研磨板(21)均与弹性铰链(5)固定连接,弹性铰链(5)固定于Y向定位工作台(16),预紧连杆(2)通过所述后导轮轴(4)与导向滑板(3)上的弹簧(22)相连。

4.
  按照权利要求1至3所述的用于IC芯片封装的精密定位装置,其特征是所述前滚针轴承(18)与前导轮研磨板(7)滚动接触,后滚针轴承(20)与后导轮研磨板(21)滚动接触。

5.
  按照权利要求1所述的用于IC芯片封装的精密定位装置,其特征是所述X向定位工作台(17)与X向直线音圈电机(10)之间为刚性连接。

说明书

用于IC芯片封装的精密定位装置
                          技术领域
本发明属于MEMS加工制造领域,特别涉及两维的驱动系统,即2自由度笛卡尔坐标型高速高精度定位平台。
                          背景技术
目前广泛应用在需要精密定位IC芯片封装设备中的XY定位平台,由于可实现两维驱动运动,并具有控制灵活方便的特点,尤其是安装上焊头后,可实现三自由度往复运动,所以是MEMS加工领域中的重要装置。现有的此类装备,如引线键合机和芯片焊接机多数采用串联型的直线工作台,即电机-丝杠-螺母机构形式。在传统的滚珠丝杠驱动方式下,伺服电机的旋转运动通过丝杠转为直线运动,无论速度还是加速度都很有限,最大不足之处还体现在运动间隙、惯量大等,由此限制了精度、速度和加速度的进一步提高。为解决此问题曾采用直线电机直接驱动,因为定位机构是保证末端执行器高速精确运动的首要因素,用直线电机直接驱动后速度可达到160m/min以上,加速度可达2.5g以上。采用快速、精密、高速度及可靠性高且寿命长的直线电机,可以避免滚珠丝杠传动中的反向间隙、惯性、摩擦力和刚度不足等缺点,实现无接触直接驱动获得高精度、高速度位移运动以及良好的稳定性。但目前存在的问题是,无论采用上述哪种电机驱动结构形式,都不同程度存在滞后、有限响应、有限加速度及速度等不足的问题,不同程度限制了定位平台精度地提高。
                          发明内容
本发明的目的是提供一种由直线音圈电机直接驱动的2自由度笛卡尔坐标型用于IC芯片封装的高速高精度定位装置。这种装置的结构特点是采用新型解耦结构,将驱动部件置于底座上,降低了机构的运动惯量,改善了系统的动态特性,同时具有传统XY工作台运动学解耦的特点,直线光栅作为末端位置反馈,可以较好地保证系统的高速高精度。
本发明通过以下技术方案予以实现。用于IC芯片封装的精密定位装置(参考附图),具有Y向直线音圈电机1、驱动焊头用直线音圈电机9、X向直线音圈电机10、焊头11、Y向直线光栅尺12、Y导向交叉滚子导轨13、X导向交叉滚子导轨14、X向直线光栅尺15、前滚针轴承18、滚动导轨19、后滚针轴承20、弹簧22。采用Y向直线音圈电机1驱动Y向定位工作台16沿Y向运动,采用X向直线音圈电机10驱动X向定位工作台17沿X向运动。即X向和Y向定位工作台的运动都采用直线音圈电机直接驱动,省去了传动环节,而且音圈电机在理论上具有无限分辨率,具有无滞后、高响应、高速度和高加速度、控制方便等特点。X向直线音圈电机10和Y向直线音圈电机1均固定安装在基座23上,减轻了运动部件的重量,降低了惯量。X向定位工作台17通过一对X导向交叉滚子导轨14与基座23连接,Y向定位工作台16置于X向定位工作台17上部,通过一对Y导向交叉滚子导轨13与X向定位工作台17连接。X向定位工作台17与X向直线音圈电机10之间为刚性连接。Y向定位工作台和Y向驱动电机间由无间隙解耦机构连接,这样设计具有传统XY定位工作台运动学解耦的特点。Y向定位工作台16与Y向直线音圈电机1之间通过弹性解耦结构相连。
弹性解耦结构为:Y向直线音圈电机1与导向滑板3刚性连接,前滚针轴承18通过前导轮轴6安装于导向滑板3,后滚针轴承20通过后导轮轴4也安装于导向滑板3,导向滑板3通过滚动导轨19与基座23连接。前导轮研磨板7和后导轮研磨板21均与弹性铰链5固定连接,弹性铰链5固定于Y向定位工作台16,预紧连杆2通过后导轮轴4与导向滑板3上的弹簧22相连。前滚针轴承18与前导轮研磨板7滚动接触,后滚针轴承20与后导轮研磨板21滚动接触。
X向直线光栅尺15安装在基座23中部作为X向定位工作台17末端位置的反馈部件,Y向直线光栅尺12也安装在X向定位工作台17的中部作为Y向定位工作台16末端位置的反馈部件。采用直线光栅尺作为末端位置反馈元件,保证系统实现高速高精度运动。焊头11通过焊头支撑体8固定安装于Y向定位工作台16,由驱动焊头用直线音圈电机9驱动沿Z向运动。
                          附图说明
附图为本发明立体结构图。
图中:Y向直线音圈电机-1;预紧连杆-2;导向滑板-3;后导轮轴-4;弹性铰链-5;前导轮轴-6;前导轮研磨板-7;焊头支撑体-8;驱动焊头用直线音圈电机-9;X向直线音圈电机-10;焊头-11;Y向直线光栅尺-12;Y导向交叉滚子导轨-13;X导向交叉滚子导轨-14;X向直线光栅尺-15;Y向定位工作台-16;X向定位工作台-17;前滚针轴承-18;滚动导轨-19;后滚针轴承-20;后导轮研磨板-21;弹簧-22;基座-23。
                         具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明的构成做进一步的说明。
如图所示,X向直线音圈电机10和Y向直线音圈电机1固定安装在基座23上。X同定位工作台17通过X导向交叉滚子导轨14与基座23连接,X向直线音圈电机10与X向定位工作台17之间刚性连接,从而驱动X向定位工作台17在X方向上运动。用螺钉将导向滑板3与Y向直线音圈电机1固定,滚动导轨19固定在基座23上。前导轮轴6固定于导向滑板3,导向滑板3再安装于滚动导轨19并可在Y方向上运动。Y向直线音圈电机1通过弹性环节与Y向定位工作台16连接,前滚针轴承18套装在前导轮轴6上并且与固定在Y向定位工作台16上的前导轮研磨板7贴合,而且前滚针轴承18可在前导轮研磨板7表面滚动,由此实现Y向定位工作台16在Y方向上向前运动以及工作台Y方向运动与X向运动的解耦。后导轮轴4固定于导向滑板3,后滚针轴承20套装于后导轮轴4上并且与后导轮研磨板21贴合,使得后滚针轴承20在后导轮研磨板21表面滚动。由此实现Y向定位工作台16在Y方向上向后运动。预紧连杆2的端部固定于导向滑板3并用螺钉与后导轮轴4固定,预紧连杆2的另一端与固定在导向滑板3上的弹簧22相连。前导轮研磨板7和后导轮研磨板21用螺钉与弹性铰链5固定连接。固定安装在导向滑板3上,焊头11通过焊头支撑体8固定安装在Y向定位工作台16上,由驱动焊头用直线音圈电机9驱动,可在Z方向(垂直方向)上运动。由X向直线音圈电机10驱动的X向定位工作台17在X方向上的运动,与由Y向直线音圈电机1驱动的Y向定位工作台16在Y方向上的运动合成,就确定了安装在Y向定位工作台16上的焊头11在X-Y平面上的位置。与焊头驱动直线音圈电机9驱动的焊头11在Z方向上的运动相结合,实现焊头11的三自由度运动,完成定位和焊接任务。
本发明的有益效果在于:采用直线音圈电机直接驱动X、Y工作台,省去了传动环节,而且音圈电机具有无限分辨率,更具有无滞后、高响应、高速度及高加速度、体积小、力特性好、控制方便等特点,有效地提高了该定位装置的性能。Y向定位工作台和Y向驱动电机间由无间隙解耦机构连接,使机构不仅具有传统XY定位工作台运动学解耦的特点,而且可将X向和Y向定位工作台的驱动电机均放置在底座上,减轻了运动部件的重量,降低了惯量。而且X、Y定位工作台采用直线光栅尺作为末端位置反馈元件,保证系统实现高速高精度运动。本发明除适用于IC芯片封装外还可用于MEMS器件的微连接和微组装。

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本发明涉及两维驱动系统的高速高精度定位平台。用于IC芯片封装的精密定位装置,X向与Y向直线音圈电机均固定安装于基座,由X向与Y向两个直线音圈电机各自驱动的X、Y定位工作台运动的合成,确定其焊头在XY平面上的位置,同时与直线音圈电机驱动的焊头在Z方向上运动的结合,实现焊头的三自由度运动,完成定位和焊接任务。Y向定位工作台和Y向驱动电机间由无间隙解耦机构连接,不但使机构具有传统XY定位工作台运动学解耦。

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