專利名稱：用于ic芯片封裝的精密定位裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于MEMS加工制造領(lǐng)域，特別涉及兩維的驅(qū)動系統(tǒng)，即2自由度笛卡爾坐標(biāo)型高速高精度定位平臺。
背景技術(shù)：
目前廣泛應(yīng)用在需要精密定位IC芯片封裝設(shè)備中的XY定位平臺，由于可實現(xiàn)兩維驅(qū)動運動，并具有控制靈活方便的特點，尤其是安裝上焊頭后，可實現(xiàn)三自由度往復(fù)運動，所以是MEMS加工領(lǐng)域中的重要裝置?，F(xiàn)有的此類裝備，如引線鍵合機和芯片焊接機多數(shù)采用串聯(lián)型的直線工作臺，即電機-絲杠-螺母機構(gòu)形式。在傳統(tǒng)的滾珠絲杠驅(qū)動方式下，伺服電機的旋轉(zhuǎn)運動通過絲杠轉(zhuǎn)為直線運動，無論速度還是加速度都很有限，最大不足之處還體現(xiàn)在運動間隙、慣量大等，由此限制了精度、速度和加速度的進(jìn)一步提高。為解決此問題曾采用直線電機直接驅(qū)動，因為定位機構(gòu)是保證末端執(zhí)行器高速精確運動的首要因素，用直線電機直接驅(qū)動后速度可達(dá)到160m/min以上，加速度可達(dá)2.5g以上。采用快速、精密、高速度及可靠性高且壽命長的直線電機，可以避免滾珠絲杠傳動中的反向間隙、慣性、摩擦力和剛度不足等缺點，實現(xiàn)無接觸直接驅(qū)動獲得高精度、高速度位移運動以及良好的穩(wěn)定性。但目前存在的問題是，無論采用上述哪種電機驅(qū)動結(jié)構(gòu)形式，都不同程度存在滯后、有限響應(yīng)、有限加速度及速度等不足的問題，不同程度限制了定位平臺精度的提高。

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)動的2自由度笛卡爾坐標(biāo)型用于IC芯片封裝的高速高精度定位裝置。這種裝置的結(jié)構(gòu)特點是采用新型解耦結(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，改善了系統(tǒng)的動態(tài)特性，同時具有傳統(tǒng)XY工作臺運動學(xué)解耦的特點，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。
本發(fā)明通過以下技術(shù)方案予以實現(xiàn)。用于IC芯片封裝的精密定位裝置(參考附圖)，具有Y向直線音圈電機1、驅(qū)動焊頭用直線音圈電機9、X向直線音圈電機10、焊頭11、Y向直線光柵尺12、Y導(dǎo)向交叉滾子導(dǎo)軌13、X導(dǎo)向交叉滾子導(dǎo)軌14、X向直線光柵尺15、前滾針軸承18、滾動導(dǎo)軌19、后滾針軸承20、彈簧22。采用Y向直線音圈電機1驅(qū)動Y向定位工作臺16沿Y向運動，采用X向直線音圈電機10驅(qū)動X向定位工作臺17沿X向運動。即X向和Y向定位工作臺的運動都采用直線音圈電機直接驅(qū)動，省去了傳動環(huán)節(jié)，而且音圈電機在理論上具有無限分辨率，具有無滯后、高響應(yīng)、高速度和高加速度、控制方便等特點。X向直線音圈電機10和Y向直線音圈電機1均固定安裝在基座23上，減輕了運動部件的重量，降低了慣量。X向定位工作臺17通過一對X導(dǎo)向交叉滾子導(dǎo)軌14與基座23連接，Y向定位工作臺16置于X向定位工作臺17上部，通過一對Y導(dǎo)向交叉滾子導(dǎo)軌13與X向定位工作臺17連接。X向定位工作臺17與X向直線音圈電機10之間為剛性連接。Y向定位工作臺和Y向驅(qū)動電機間由無間隙解耦機構(gòu)連接，這樣設(shè)計具有傳統(tǒng)XY定位工作臺運動學(xué)解耦的特點。Y向定位工作臺16與Y向直線音圈電機1之間通過彈性解耦結(jié)構(gòu)相連。
彈性解耦結(jié)構(gòu)為Y向直線音圈電機1與導(dǎo)向滑板3剛性連接，前滾針軸承18通過前導(dǎo)輪軸6安裝于導(dǎo)向滑板3，后滾針軸承20通過后導(dǎo)輪軸4也安裝于導(dǎo)向滑板3，導(dǎo)向滑板3通過滾動導(dǎo)軌19與基座23連接。前導(dǎo)輪研磨板7和后導(dǎo)輪研磨板21均與彈性鉸鏈5固定連接，彈性鉸鏈5固定于Y向定位工作臺16，預(yù)緊連桿2通過后導(dǎo)輪軸4與導(dǎo)向滑板3上的彈簧22相連。前滾針軸承18與前導(dǎo)輪研磨板7滾動接觸，后滾針軸承20與后導(dǎo)輪研磨板21滾動接觸。
X向直線光柵尺15安裝在基座23中部作為X向定位工作臺17末端位置的反饋部件，Y向直線光柵尺12也安裝在X向定位工作臺17的中部作為Y向定位工作臺16末端位置的反饋部件。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。焊頭11通過焊頭支撐體8固定安裝于Y向定位工作臺16，由驅(qū)動焊頭用直線音圈電機9驅(qū)動沿Z向運動。


附圖為本發(fā)明立體結(jié)構(gòu)圖。
圖中Y向直線音圈電機-1；預(yù)緊連桿-2；導(dǎo)向滑板-3；后導(dǎo)輪軸-4；彈性鉸鏈-5；前導(dǎo)輪軸-6；前導(dǎo)輪研磨板-7；焊頭支撐體-8；驅(qū)動焊頭用直線音圈電機-9；X向直線音圈電機-10；焊頭-11；Y向直線光柵尺-12；Y導(dǎo)向交叉滾子導(dǎo)軌-13；X導(dǎo)向交叉滾子導(dǎo)軌-14；X向直線光柵尺-15；Y向定位工作臺-16；X向定位工作臺-17；前滾針軸承-18；滾動導(dǎo)軌-19；后滾針軸承-20；后導(dǎo)輪研磨板-21；彈簧-22；基座-23。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明的構(gòu)成做進(jìn)一步的說明。
如圖所示，X向直線音圈電機10和Y向直線音圈電機1固定安裝在基座23上。X同定位工作臺17通過X導(dǎo)向交叉滾子導(dǎo)軌14與基座23連接，X向直線音圈電機10與X向定位工作臺17之間剛性連接，從而驅(qū)動X向定位工作臺17在X方向上運動。用螺釘將導(dǎo)向滑板3與Y向直線音圈電機1固定，滾動導(dǎo)軌19固定在基座23上。前導(dǎo)輪軸6固定于導(dǎo)向滑板3，導(dǎo)向滑板3再安裝于滾動導(dǎo)軌19并可在Y方向上運動。Y向直線音圈電機1通過彈性環(huán)節(jié)與Y向定位工作臺16連接，前滾針軸承18套裝在前導(dǎo)輪軸6上并且與固定在Y向定位工作臺16上的前導(dǎo)輪研磨板7貼合，而且前滾針軸承18可在前導(dǎo)輪研磨板7表面滾動，由此實現(xiàn)Y向定位工作臺16在Y方向上向前運動以及工作臺Y方向運動與X向運動的解耦。后導(dǎo)輪軸4固定于導(dǎo)向滑板3，后滾針軸承20套裝于后導(dǎo)輪軸4上并且與后導(dǎo)輪研磨板21貼合，使得后滾針軸承20在后導(dǎo)輪研磨板21表面滾動。由此實現(xiàn)Y向定位工作臺16在Y方向上向后運動。預(yù)緊連桿2的端部固定于導(dǎo)向滑板3并用螺釘與后導(dǎo)輪軸4固定，預(yù)緊連桿2的另一端與固定在導(dǎo)向滑板3上的彈簧22相連。前導(dǎo)輪研磨板7和后導(dǎo)輪研磨板21用螺釘與彈性鉸鏈5固定連接。固定安裝在導(dǎo)向滑板3上，焊頭11通過焊頭支撐體8固定安裝在Y向定位工作臺16上，由驅(qū)動焊頭用直線音圈電機9驅(qū)動，可在Z方向(垂直方向)上運動。由X向直線音圈電機10驅(qū)動的X向定位工作臺17在X方向上的運動，與由Y向直線音圈電機1驅(qū)動的Y向定位工作臺16在Y方向上的運動合成，就確定了安裝在Y向定位工作臺16上的焊頭11在X-Y平面上的位置。與焊頭驅(qū)動直線音圈電機9驅(qū)動的焊頭11在Z方向上的運動相結(jié)合，實現(xiàn)焊頭11的三自由度運動，完成定位和焊接任務(wù)。
本發(fā)明的有益效果在于采用直線音圈電機直接驅(qū)動X、Y工作臺，省去了傳動環(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。Y向定位工作臺和Y向驅(qū)動電機間由無間隙解耦機構(gòu)連接，使機構(gòu)不僅具有傳統(tǒng)XY定位工作臺運動學(xué)解耦的特點，而且可將X向和Y向定位工作臺的驅(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.用于IC芯片封裝的精密定位裝置，具有Y向直線音圈電機(1)、驅(qū)動焊頭用直線音圈電機(9)、X向直線音圈電機(10)、焊頭(11)、Y向直線光柵尺(12)、Y導(dǎo)向交叉滾子導(dǎo)軌(13)、X導(dǎo)向交叉滾子導(dǎo)軌(14)、X向直線光柵尺(15)、前滾針軸承(18)、滾動導(dǎo)軌(19)、后滾針軸承(20)、彈簧(22)，其特征是采用Y向直線音圈電機(1)驅(qū)動Y向定位工作臺(16)沿Y向運動，采用X向直線音圈電機(10)驅(qū)動X向定位工作臺(17)沿X向運動，X向直線音圈電機(10)和Y向直線音圈電機(1)均固定安裝在基座(23)上，X向定位工作臺(17)通過一對X導(dǎo)向交叉滾子導(dǎo)軌(14)與基座(23)連接，Y向定位工作臺(16)置于X向定位工作臺(17)上部，通過一對Y導(dǎo)向交叉滾子導(dǎo)軌(13)與X向定位工作臺(17)連接，Y向定位工作臺(16)與Y向直線音圈電機(1)之間通過彈性解耦結(jié)構(gòu)相連，X向直線光柵尺(15)安裝在基座(23)中部作為X向定位工作臺(17)的末端位置反饋部件，Y向直線光柵尺(12)安裝在X向定位工作臺(17)中部作為Y向定位工作臺(16)的末端位置反饋部件，焊頭(11)通過焊頭支撐體(8)固定安裝于Y向定位工作臺(16)，由驅(qū)動焊頭用直線音圈電機(9)驅(qū)動沿Z向運動。
2.按照權(quán)利要求1所述的用于IC芯片封裝的精密定位裝置，其特征是所述的彈性解耦結(jié)構(gòu)Y向直線音圈電機(1)與導(dǎo)向滑板(3)剛性連接，前滾針軸承(18)通過前導(dǎo)輪軸(6)安裝于導(dǎo)向滑板(3)，后滾針軸承(20)通過后導(dǎo)輪軸(4)也安裝于導(dǎo)向滑板(3)，導(dǎo)向滑板(3)通過滾動導(dǎo)軌(19)與基座(23)連接。
3.按照權(quán)利要求1所述的用于IC芯片封裝的精密定位裝置，其特征是所述的彈性解耦結(jié)構(gòu)亦包括前導(dǎo)輪研磨板(7)和后導(dǎo)輪研磨板(21)均與彈性鉸鏈(5)固定連接，彈性鉸鏈(5)固定于Y向定位工作臺(16)，預(yù)緊連桿(2)通過所述后導(dǎo)輪軸(4)與導(dǎo)向滑板(3)上的彈簧(22)相連。
4.按照權(quán)利要求1至3所述的用于IC芯片封裝的精密定位裝置，其特征是所述前滾針軸承(18)與前導(dǎo)輪研磨板(7)滾動接觸，后滾針軸承(20)與后導(dǎo)輪研磨板(21)滾動接觸。
5.按照權(quán)利要求1所述的用于IC芯片封裝的精密定位裝置，其特征是所述X向定位工作臺(17)與X向直線音圈電機(10)之間為剛性連接。
全文摘要
本發(fā)明涉及兩維驅(qū)動系統(tǒng)的高速高精度定位平臺。用于IC芯片封裝的精密定位裝置，X向與Y向直線音圈電機均固定安裝于基座，由X向與Y向兩個直線音圈電機各自驅(qū)動的X、Y定位工作臺運動的合成，確定其焊頭在X－Y平面上的位置，同時與直線音圈電機驅(qū)動的焊頭在Z方向上運動的結(jié)合，實現(xiàn)焊頭的三自由度運動，完成定位和焊接任務(wù)。Y向定位工作臺和Y向驅(qū)動電機間由無間隙解耦機構(gòu)連接，不但使機構(gòu)具有傳統(tǒng)XY定位工作臺運動學(xué)解耦的特點，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。
文檔編號H01L21/68GK1614761SQ20041009366
公開日2005年5月11日 申請日期2004年11月29日 優(yōu)先權(quán)日2004年11月29日
發(fā)明者張大衛(wèi), 馮曉梅 申請人:天津大學(xué)