專利名稱：面向ic封裝的兩自由度氣浮精密定位平臺的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于MEMS加工制造領(lǐng)域，涉及兩自由度的驅(qū)動系統(tǒng)，即兩自由度笛卡爾坐標型氣浮精密定位平臺。
背景技術(shù)：
“引線鍵合”作為IC封裝的重要技術(shù)，其封裝形式占IC封裝的90％以上。隨著芯片的微型化，其I/O密度大幅度提高，引線間距越來越小；面對更高生產(chǎn)效率的需求，對封裝速度也提出了苛刻要求。因此，高速、高精密已成為引線鍵合設(shè)備的重要發(fā)展趨勢?；跐L珠絲杠等傳統(tǒng)伺服傳動鏈，由于存在中間傳動環(huán)節(jié)，使定位系統(tǒng)的運動慣量增加，導(dǎo)致系統(tǒng)的穩(wěn)定時間、速度和加速度很難達到上述高精度要求。因此，基于新的驅(qū)動方式、結(jié)構(gòu)形式，如低摩擦機構(gòu)、動力學(xué)解耦機構(gòu)等高速精密定位系統(tǒng)及其設(shè)計方法已成為IC封裝裝備的重要研究內(nèi)容。曾有研究人員采用直線電機直接驅(qū)動，速度可達到160m/min以上，加速度可達2.5g以上，但目前存在的問題是，直線電機存在滯后、有限響應(yīng)、有限加速度及速度不足等問題，不同程度限制了定位平臺精度的提高。另外由于直線導(dǎo)軌的傳動形式，使平臺存在相對較大的摩擦力，限制了定位平臺速度的提高。
鑒于此本發(fā)明提出了一種精密定位系統(tǒng)，這種裝置的結(jié)構(gòu)特點是采用氣浮支撐技術(shù)和新型的氣浮解耦結(jié)構(gòu)，將驅(qū)動部件置于底座上，降低了機構(gòu)的運動慣量和摩擦力，改善了系統(tǒng)的動態(tài)特性；同時采用音圈電機直接驅(qū)動，省去了中間傳動環(huán)節(jié)，由于音圈電機在理論上具有無限分辨率，無滯后、高響應(yīng)、高加速度、高速度、體積小、力特性好、控制方便等特點，直線光柵作為末端位置反饋，可以較好地保證系統(tǒng)的高速高精度。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種由直線音圈電機直接驅(qū)動，采用氣浮技術(shù)支撐，兩自由度笛卡爾坐標型用于IC芯片封裝的氣浮精密定位平臺。
本發(fā)明通過以下技術(shù)方案予以實現(xiàn)。面向IC封裝的兩自由度氣浮精密定位平臺(參考附圖1～3)，具有基座1、Y向墊板2、Y向直線音圈電機3、Y向聯(lián)軸機構(gòu)4、Y向定位平臺5、X向定位平臺6、X向聯(lián)軸機構(gòu)7、X向直線音圈電機8、X向墊板9、解耦平臺10、氣浮解耦平臺導(dǎo)軌11、Y向氣浮導(dǎo)軌12、X向氣浮導(dǎo)軌13、解耦聯(lián)軸14和氣浮解耦機構(gòu)15等。X向直線音圈電機8和Y向直線音圈電機3均固定安裝在基座1上，減輕了運動部件的重量，降低了慣量。Y向直線音圈電機3驅(qū)動Y向定位平臺5沿Y向運動，X向定位平臺6位于Y向定位平臺5的上方與其一起運動，此時氣浮解耦機構(gòu)11的作用是解耦，從而使X向直線音圈電機8固定于基座1上不參與運動。采用X向直線音圈電機8驅(qū)動解耦平臺10，此時，氣浮解耦結(jié)構(gòu)機構(gòu)的作用是傳遞驅(qū)動力，通過氣浮解耦機構(gòu)15驅(qū)動X向定位平臺6沿X向運動。Y向定位平臺5通過Y向氣浮導(dǎo)軌12與基座1采用螺栓固定連接。X向定位平臺6置于Y向定位平臺5上部，通過X向氣浮導(dǎo)軌13與Y向定位工作臺5連接。Y向定位平臺5與Y向直線音圈電機3之間通過Y向聯(lián)軸機構(gòu)4相連，將Y向直線音圈電機3輸出的直線運動直接傳遞到Y(jié)向定位平臺5；X向定位平臺6和氣浮解耦機構(gòu)15之間通過解耦聯(lián)軸14連接，解耦聯(lián)軸14作用是傳遞運動。氣浮解耦機構(gòu)15固定于解耦平臺10上，解耦平臺10通過氣浮解耦平臺導(dǎo)軌11與基座1連接。解耦平臺10通過X向聯(lián)軸機構(gòu)7與X向直線音圈電機8連接，X向聯(lián)軸機構(gòu)7作用為傳遞運動。為保證音圈電機輸出軸的精確高度，采用Y向墊板2調(diào)節(jié)Y向直線音圈電機3輸出軸的高度；采用X向墊板9調(diào)節(jié)X向直線音圈電機8輸出軸的高度。
以下對氣浮解耦結(jié)構(gòu)15作特別的說明。當(dāng)X向定位平臺6在Y向運動時，氣浮解耦機構(gòu)15作為一個滑塊在Y向運動，X向直線音圈電機8固定于基座1上無運動。當(dāng)X向定位平臺6在X向運動時，氣浮解耦機構(gòu)15在X向承載，將X向直線音圈電機8的動力傳遞到X向定位平臺6，Y向直線音圈電機3固定于基座1上無運動。氣浮解耦機構(gòu)15是應(yīng)用氣浮導(dǎo)軌的原理進行設(shè)計，由滑塊16和導(dǎo)桿17組成(參考圖3)，導(dǎo)桿17穿入滑塊16，在滑塊16圓周壁上開有雙排均勻節(jié)流孔18。當(dāng)滑塊16在Y向運動時，其原理相當(dāng)于導(dǎo)軌的滑動。當(dāng)滑塊16在X向承載時，對其承載能力進行校核，以保證結(jié)構(gòu)的可靠性。


附圖1為兩自由度氣浮精密定位平臺立體結(jié)構(gòu)圖。
附圖2為氣浮導(dǎo)軌支撐結(jié)構(gòu)。
附圖3為氣浮解耦結(jié)構(gòu)原理示意圖。
具體實施例方式
下面通過具體實施例并結(jié)合附圖對本發(fā)明的結(jié)構(gòu)做進一步的說明。
如圖1所示，Y向定位平臺5與Y向氣浮導(dǎo)軌12之間、X向定位平臺6與X向氣浮導(dǎo)軌13之間、解耦平臺10與氣浮解耦平臺導(dǎo)軌11之間、Y向氣浮導(dǎo)軌12與基座1之間、X向氣浮導(dǎo)軌13與Y向定位平臺5之間、氣浮解耦機構(gòu)15與解耦平臺10之間以及氣浮解耦機構(gòu)導(dǎo)軌11與基座1之間均采用螺栓固定連接。本發(fā)明為保證系統(tǒng)實現(xiàn)高速高精度運動，采用直線光柵尺(圖中未示出)作為末端位置反饋元件進行伺服控制。Y向直線音圈電機3得到運動指令，輸出直線運動，通過Y向聯(lián)軸機構(gòu)4驅(qū)動Y向定位平臺5在Y方向上的運動，并帶動其上的X向定位平臺6在Y向運動。X向直線音圈電機8得到運動指令，輸出直線運動，通過X向聯(lián)軸機構(gòu)7，驅(qū)動解耦平臺10在X方向運動，解耦平臺10上的氣浮解耦機構(gòu)15和解耦聯(lián)軸14將運動傳遞到X向定位平臺6，使其在X方向上運動，完成了X向定位平臺的在X-Y平面的精確定位，也就完成了安裝在X向定位工作臺6上用于芯片封裝的焊接頭(圖中未示出)在X-Y平面上的精確位置。
如圖2所示，Y向氣浮導(dǎo)軌12和X向氣浮導(dǎo)軌13的支撐結(jié)構(gòu)采用四滑塊的對稱布局，此結(jié)構(gòu)不僅具有很好的穩(wěn)定性能和良好的抗彎效果，而且四個滑塊的并聯(lián)關(guān)系增加了系統(tǒng)的剛度。為了在軸承間隙中形成一層具有一定承載能力和剛度的潤滑氣膜，在每個氣浮導(dǎo)軌的滑塊上開有均勻分布的節(jié)流孔。本實施例采用傳統(tǒng)的雙排孔小孔節(jié)流形式，能夠達到較好的剛度，而且比較其他的節(jié)流孔(指多孔質(zhì)節(jié)流)開發(fā)的成本較低。
本發(fā)明的有益效果在于采用直線音圈電機直接驅(qū)動，省去了中間的傳動環(huán)節(jié)，而且音圈電機具有無限分辨率，更具有無滯后、高響應(yīng)、高速度及高加速度、體積小、力特性好、控制方便等特點，有效地提高了該定位裝置的性能。定位機構(gòu)整體采用了氣浮技術(shù)，降低了系統(tǒng)阻尼，能夠有效的提高定位平臺的定位精度，并達到較高的速度和加速度。氣浮解耦機構(gòu)可將X向和Y向定位平臺的驅(qū)動電機均放置在底座上，減輕了運動部件的重量，降低了慣量。而且X、Y定位工作臺采用直線光柵尺作為末端位置反饋元件，保證系統(tǒng)實現(xiàn)高速高精度運動。本發(fā)明除適用于IC芯片封裝外還可用于MEMS器件的微連接和微組裝。
權(quán)利要求
1.面向IC封裝的兩自由度氣浮精密定位平臺，具有基座(1)、Y向墊板(2)、Y向直線音圈電機(3)、Y向聯(lián)軸機構(gòu)(4)、Y向定位平臺(5)、X向定位平臺(6)、X向聯(lián)軸機構(gòu)(7)、X向直線音圈電機(8)、X向墊板(9)，X向直線音圈電機(8)和Y向直線音圈電機(3)均固定安裝在基座(1)上，由Y向直線音圈電機(3)驅(qū)動Y向定位平臺(5)沿Y向運動，其特征在于采用X向直線音圈電機(8)驅(qū)動解耦平臺(10)，通過氣浮解耦機構(gòu)(15)驅(qū)動X向定位平臺(6)沿X向運動，Y向定位平臺(5)通過Y向氣浮導(dǎo)軌(12)與基座(1)連接，X向定位平臺(6)置于Y向定位平臺(5)上部，通過X向氣浮導(dǎo)軌(13)與Y向定位工作臺(5)連接，Y向定位工作臺(5)與Y向直線音圈電機(3)之間通過Y向聯(lián)軸機構(gòu)(4)連接，X向定位工作臺(6)和氣浮解耦機構(gòu)(15)之間通過解耦聯(lián)軸(14)連接，氣浮解耦機構(gòu)(15)固定于解耦平臺(10)上，解耦平臺(10)通過氣浮解耦平臺導(dǎo)軌(11)與基座(1)連接，解耦平臺(10)通過X向聯(lián)軸機構(gòu)(7)與X向直線音圈電機(8)相接。
2.按照權(quán)利要求1所述的面向IC封裝的兩自由度氣浮精密定位平臺，其特征在于采用Y向墊板(2)調(diào)節(jié)所述Y向直線音圈電機(3)輸出軸的高度，采用X向墊板(9)調(diào)節(jié)X向直線音圈電機(8)輸出軸的高度。
3.按照權(quán)利要求1所述的面向IC封裝的兩自由度氣浮精密定位平臺，其特征在于所述氣浮解耦機構(gòu)(15)由滑塊(16)和導(dǎo)桿(17)組成，導(dǎo)桿(17)穿入滑塊(16)，在滑塊(16)圓周壁上開有節(jié)流孔(18)。
全文摘要
本發(fā)明屬于MEMS加工制造領(lǐng)域。面向IC封裝的兩自由度氣浮精密定位平臺，采用X向直線音圈電機驅(qū)動解耦平臺，通過氣浮解耦機構(gòu)驅(qū)動X向定位平臺沿X向運動。Y向定位平臺通過Y向氣浮導(dǎo)軌與基座連接，X向定位平臺置于Y向定位平臺上部，通過X向氣浮導(dǎo)軌與Y向定位工作臺固定。X向定位工作臺和氣浮解耦機構(gòu)之間通過解耦聯(lián)軸連接，氣浮解耦機構(gòu)固定于解耦平臺上。采用音圈電機直接驅(qū)動，省去了中間傳動環(huán)節(jié)。定位機構(gòu)整體采用了氣浮技術(shù)，降低了系統(tǒng)阻尼，能夠有效的提高定位平臺的定位精度，并達到較高的速度和加速度。本發(fā)明除適用于IC芯片封裝外，還可用于MEMS器件的微連接和微組裝。
文檔編號B81C3/00GK1887686SQ20061001487
公開日2007年1月3日 申請日期2006年7月20日 優(yōu)先權(quán)日2006年7月20日
發(fā)明者張大衛(wèi), 張勝泉, 趙興玉, 武一民 申請人:天津大學(xué)