CN102569149A - 一种回旋流非接触气爪夹持装置 - Google Patents

一种回旋流非接触气爪夹持装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种回旋流非接触气爪夹持装置,包括制有主进气腔的安装座体和气爪主体;气爪主体分别制有构成气爪外围层的第一回旋流腔和构成气爪内围层的第二回旋流腔,气爪主体内制有与每个第一回旋流腔和每个第二回旋流腔相切连通的导气通道,并且两相邻的第一回旋流腔以及两相邻的第二回旋流腔的进气方向相反,气爪主体制有径向连通外界的下凹排气区,下凹排气区制有排气通道,气爪主体下端面与每个第一回旋流腔同轴对应制有负压吸引通道,第一回旋流腔与负压吸引通道间留有排气间隙,第二回旋流腔贯通气爪主体的下端面,安装座体底部圆平面制有连通第一导气通道与主进气腔的第一导气孔和连通第二导气通道与主进气腔的第二导气孔。

Description

一种回旋流非接触气爪夹持装置
技术领域
[0001] 本发明涉及集成芯片的夹持和搬运技术,尤其是一种非接触式的气爪夹持搬运装置,具体地说是一种回旋流非接触气爪夹持装置。
背景技术
[0002] 目前,随着科技的进步,集成芯片制造行业也在飞速发展,集成芯片的体积做的越来越小,但功能确越来越强大,集成度越来越高。由于集成芯片本身的特殊性,决定了其对环境和搬运设备具有较严格的要求,不允许其在移动过程中有振动、碰撞以及表面磨损或污染等现象。当前现有技术中的传统搬运方式已经落后,已不能适应小型高精密度芯片的夹持和搬运要求,而且如何能实现一种高效稳定的非接触式搬运,以确保芯片安全性,也是各芯片厂家为提高芯片的良品率所要不断追求的目标。
发明内容
[0003] 本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术现状,而提供利用腔体中空气漩涡中心产生的负压和腔体边缘空气溢出形成的正压使芯片悬浮达到动态平衡的一种回旋流非接触气爪夹持装置。该装置耗气量小、吸附力稳定并能相互抵消高压气体对芯片的剪切作用力,防止芯片在夹持搬运过程中自转。
[0004] 本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为:一种回旋流非接触气爪夹持装置,包括整体结构为圆柱体的装置本体,装置本体包括制有主进气腔的安装座体和与安装座体底部圆平面固定连接的气爪主体;气爪主体的上部和下部等弧度等数量分别均布制有构成气爪外围层的第一回旋流腔和构成气爪内围层的第二回旋流腔,气爪主体内部分别制有能与每个第一回旋流腔和每个第二回旋流腔相切连通的第一导气通道和第二导气通道, 并且两相邻的第一回旋流腔以及两相邻的第二回旋流腔的进气方向均相反,气爪主体内中部制有径向连通外界的下凹排气区,下凹排气区沿气爪主体的轴心向下贯通制有排气通道,气爪主体下端面与每个第一回旋流腔同轴对应制有轴向延伸至中部构成气爪外围环形负压真空吸引区域的负压吸引通道,第一回旋流腔与负压吸引通道的对应连接间留有连通下凹排气区的排气间隙,第二回旋流腔贯通气爪主体的下端面构成气爪内围环形正压排斥区,安装座体底部圆平面分别制有连通第一导气通道与主进气腔的第一导气孔和连通第二导气通道与主进气腔的第二导气孔。
[0005] 为优化上述技术方案,采取的措施还包括:
上述的气爪主体由三片圆形硅材料加工制作的上气爪层、中气爪层和下气爪层组合构成,并且上气爪层、中气爪层和下气爪层之间采用硅-硅阳极键合技术固定相粘接。
[0006] 上述的安装座体为铝材料加工制作的具有一端开口构成主进气腔的空心柱形体, 主进气腔的内壁制有方便于外部管路连接的内螺纹,安装座体的底部圆平面与气爪主体上气爪层的上端面采用铝-硅阳极键合技术固定相粘接。
[0007] 上述的上气爪层和下气爪层分别贯通制有构成六个第一回旋流腔的上通孔和构成六个第二回旋流腔的下通孔,负压吸引通道由分别贯通下气爪层和中气爪层的负压吸引孔和吸引过渡孔组成,第一回旋流腔的下端口和吸引过渡孔的上端口之间留有的距离构成了第一回旋流腔留有的排气间隙。
[0008] 上述的中气爪层的上表面制有带有六个径向排气通道的下凹区,下凹区与上气爪层的下表面合围的空间构成了上述连通外界的下凹排气区,两相邻的径向排气通道间形成有与上气爪层粘接相连的梯形凸台,每个径向排气通道均经过相应的吸引过渡孔的轴心线。
[0009] 上述的第一导气通道由上气爪层上表面制有的下凹孔和下凹槽组成,下凹槽的出气端与第一回旋流腔相切连通,下凹槽的进气端连接下凹孔,下凹孔与安装座体的第一导气孔相连通。
[0010] 上述的第二导气通道由上气爪层和中气爪层同轴贯通制有的上层进气孔和中层导气过渡孔以及下气爪层上表面制有的下凹腔和下凹导气槽共同组成;下凹导气槽与第二回旋流腔相切连通,下凹导气槽的另一端依次与下凹腔、中层导气过渡孔和上层进气孔相连通,上层进气孔经第二导气孔与主进气腔相连通,中层导气过渡孔穿设在中气爪层的梯形凸台上。
[0011] 上述的排气通道由中气爪层贯通制有的排气导孔和下气爪层制有的排气通孔组成,第二回旋流腔均布围绕在排气通孔周围,负压吸引孔均布在第二回旋流腔的外周。
[0012] 上述的负压吸引孔的直径和吸引过渡孔的直径相同,第一回旋流腔的直径大于吸引过渡孔的直径并小于径向排气通道的宽度。
[0013] 上述的第一回旋流腔、第二回旋流腔、排气导孔和排气通孔均具有相同的直径。
[0014] 与现有技术相比,本发明的气爪主体制有双层结构的回旋流腔,外围的回旋流腔构成了底面对芯片吸引夹持的真空吸引区域,内围的回旋流腔腔体内的气流从边缘溢出, 对芯片产生斥力形成环形正压排斥区,能有效防止芯片与气爪直接接触造成芯片表面损伤或磨损。另外采用所有两相邻回旋流腔的进气方向相反的设计方案,能在相邻腔体内形成相反的回旋流,相反旋转的回旋流对吸附芯片产生的剪切力作用将相互抵消,并能避免芯片在夹持搬运过程中自转。本发明两层腔体的设计保证了能在较少的耗气量下获得足够的吸引力,具有结构简洁,设计合理以及吸附稳定,对芯片损伤小等特点。
附图说明
[0015] 图1是本发明实施例的立体分解结构示意图; 图2是图1中安装座体的侧视结构示意图;
图3是图1中安装座体的正视结构示意图; 图4是本发明上气爪层零件的正向视图; 图5是本发明中气爪层零件的正向视图; 图6是本发明下气爪层零件的正向视图。
具体实施方式
[0016] 以下结合附图对本发明的实施例作进一步详细描述。
[0017] 图1至6为本发明的结构示意图。[0018] 其中的附图标记为:安装座体1、主进气腔la、第一导气孔lb、第二导气孔lc、底部圆平面11、气爪主体2、上气爪层21、第一回旋流腔21a、下凹孔21b、下凹槽21c、上层进气孔21d、中气爪层22、吸引过渡孔22a、中层导气过渡孔22b、排气导孔22c、下凹区221、径向排气通道221a、梯形凸台222、下气爪层23、第二回旋流腔23a、下凹腔23b、下凹导气槽 23c、排气通孔23d、负压吸引孔23e。
[0019] 如图1至图6所示,本发明的一种回旋流非接触气爪夹持装置,包括整体结构为圆柱体的装置本体,装置本体包括制有主进气腔Ia的安装座体1和与安装座体1底部圆平面 11固定连接的气爪主体2 ;气爪主体2的上部和下部等弧度等数量分别均布制有构成气爪外围层的第一回旋流腔21a和构成气爪内围层的第二回旋流腔23a,气爪主体2内部分别制有能与每个第一回旋流腔21a和每个第二回旋流腔23a相切连通的第一导气通道和第二导气通道,并且两相邻的第一回旋流腔21a以及两相邻的第二回旋流腔23a的进气方向均相反,气爪主体2内中部制有径向连通外界的下凹排气区,下凹排气区沿气爪主体2的轴心向下贯通制有排气通道,气爪主体2下端面与每个第一回旋流腔21a同轴对应制有轴向延伸至中部构成气爪外围环形负压真空吸引区域的负压吸引通道,第一回旋流腔21a与负压吸引通道的对应连接间留有连通下凹排气区的排气间隙,第二回旋流腔23a贯通气爪主体 2的下端面构成气爪内围环形正压排斥区,安装座体1底部圆平面11分别制有连通第一导气通道与主进气腔Ia的第一导气孔Ib和连通第二导气通道与主进气腔Ia的第二导气孔 lc。本发明主要有安装座体1和气爪主体2两大主体部件构成,安装座体1制有与外部气路相连接的主进气腔la,气爪主体2内部制有用于连通主进气腔Ia与第一回旋流腔21a以及主进气腔Ia与第二回旋流腔23a的第一导气通道和第二导气通道,气爪主体2内中部还制有径向连通外界的下凹排气区,下凹排气区用于排放第一回旋流腔21a和第二回旋流腔 23a的腔体中排出的气体。本发明采用双层结构的回旋流腔设计,外围的第一回旋流腔21a 通过负压吸引通道形成气爪主体2下端面的环形负压真空吸引区域,真空吸引区和内围的第二回旋流腔23a的中心产生的负压区相配合能同时作用于芯片,将被夹持的芯片吸起, 同时第二回旋流腔23a腔体边缘有不断溢出的气体,溢出的气体形成的空气正压力又对芯片产生斥力,将芯片推开,阻止芯片与气爪接触,使被夹持的芯片最终在回旋流产生的负压力、腔体边缘溢出的空气的斥力和芯片自重三者之间达到平衡,保证芯片稳定安全的夹持搬运。与现有技术相比,本发明两相邻的回旋流腔进气方向相反,能在相邻腔体内形成旋转方向相反的回旋流,相反方向旋转的回旋流能使压缩气体对被吸附的芯片产生的剪切力相互抵消,从而减少剪切力对芯片造成的损伤,同时还能避免芯片在夹持搬运过程中自转。另外双层回旋流腔的设计,能更好的利用有限的气体,保证了能在较少的耗气量的前提下获得足够的吸引力。
[0020] 实施例中,从图1中可以看出,气爪主体2由三片圆形硅材料加工制作的上气爪层 21、中气爪层22和下气爪层23组合构成,并且上气爪层21、中气爪层22和下气爪层23之间采用硅-硅阳极键合技术固定相粘接。本发明的气爪主体2为了方便加工制作,减少制造难度,采用三片式的组合结构制作而成,分成三部分更有利于第一导气通道和第二导气通道的内部走向制作。
[0021] 如图2、图3所示,本发明的安装座体1为铝材料加工制作的具有一端开口构成主进气腔Ia的空心柱形体,主进气腔Ia的内壁制有方便于外部管路连接的内螺纹,安装座体1的底部圆平面11与气爪主体2上气爪层21的上端面采用铝-硅阳极键合技术固定相粘接。本发明的主进气腔Ia的内壁设计有Mlhl. 5的螺纹,主要是方便与气泵相连接。
[0022] 如图4、图5、图6所示,上气爪层21和下气爪层23分别贯通制有构成六个第一回旋流腔21a的上通孔和构成六个第二回旋流腔23a的下通孔,负压吸引通道由分别贯通下气爪层23和中气爪层22的负压吸引孔2¾和吸引过渡孔2¾组成,第一回旋流腔21a的下端口和吸引过渡孔2¾的上端口之间留有的距离构成了第一回旋流腔21a留有的排气间隙。本发明的第一回旋流腔21a与吸引过渡孔22a为非密封连接的,第一回旋流腔21a的中心产生的真空负压经吸引过渡孔2¾连通至负压吸引孔23e,第一回旋流腔21a的内腔周壁的回旋压缩气体通过留有的排气间隙排出。
[0023] 实施例中,如图5所示,中气爪层22的上表面制有带有六个径向排气通道221a的下凹区221,下凹区221与上气爪层21的下表面合围的空间构成了上述连通外界的下凹排气区,两相邻的径向排气通道221a间形成有与上气爪层21粘接相连的梯形凸台222,每个径向排气通道221a均经过相应的吸引过渡孔22a的轴心线。图中可以看出,本发明的第一回旋流腔21a正位于径向排气通道221a内,因而能经径向排气通道221a排出回旋的气体。
[0024] 实施例中,如图5、图6所示,排气通道由中气爪层22贯通制有的排气导孔22c和下气爪层23制有的排气通孔23d组成,第二回旋流腔23a均布围绕在排气通孔23d周围, 负压吸引孔2¾均布在第二回旋流腔23a的外周。本发明制有排气通道的主要作用是用于排出第二回旋流腔23a产生的高压回旋气体,第二回旋流腔23a中心产生的负压能配合负压吸引孔2¾形成对被夹持的芯片产生更大的吸附力,同时第二回旋流腔23a腔体内边缘溢出气流对芯片又产生斥力,阻止芯片与气爪接触。
[0025] 本发明的第一导气通道由上气爪层21上表面制有的下凹孔21b和下凹槽21c组成,下凹槽21c的出气端与第一回旋流腔21a相切连通,下凹槽21c的进气端连接下凹孔 21b,下凹孔21b与安装座体1的第一导气孔Ib相连通。下凹孔21b和下凹槽21c为具有一定深度的槽孔,采用这种走向配合才能更有利于第一回旋流腔21a产生回旋流。
[0026] 本发明的第二导气通道由上气爪层21和中气爪层22同轴贯通制有的上层进气孔 21d和中层导气过渡孔22b以及下气爪层23上表面制有的下凹腔2¾和下凹导气槽23c共同组成;下凹导气槽23c与第二回旋流腔23a相切连通,下凹导气槽23c的另一端依次与下凹腔23b、中层导气过渡孔22b和上层进气孔21d相连通,上层进气孔21d经第二导气孔Ic 与主进气腔Ia相连通,中层导气过渡孔22b穿设在中气爪层22的梯形凸台222上。中层导气过渡孔22b设置在梯形凸台222上有利于中层导气过渡孔22b与上层进气孔21d的密封对接,第二导气通道多段式设计也是为了处于下部的第二回旋流腔23a更容易产生回旋流。
[0027] 本发明的负压吸引孔2¾的直径和吸引过渡孔2¾的直径相同,第一回旋流腔21a 的直径大于吸引过渡孔22a的直径并小于径向排气通道221a的宽度。
[0028] 第一回旋流腔21a、第二回旋流腔23a、排气导孔22c和排气通孔23d均具有相同的直径。
[0029] 本发明在工作时,压缩气体分别经第一导气通道和第二导气通道进入第一回旋流腔和第二回旋流腔,压缩气体将沿着第一回旋流腔和第二回旋流腔的内表面形成回旋流, 第一回旋流腔的回旋流中心产生负压区与第二回旋流腔产生的负压区同时作用于芯片,将芯片吸起,同时第二回旋流腔的腔体边缘又有气体不断溢出,产生空气正压力将芯片推开, 避免芯片与气爪接触。芯片在自身重量和回旋流产生的负压力以及腔体边缘溢出的空气斥力的三者作用下达到一个平衡点,另外相邻回旋流腔间进气口方向相反,在回旋流腔内形成相反的漩涡流,因此溢出气体对芯片的剪切作用力相互抵消,避免了芯片自转,这样芯片就能被气爪稳定的夹持,方便搬运。
[0030] 本发明主要用于集成芯片行业,由于芯片较小,因而本发明的体积相对也比较小, 本发明气爪主体整体的直径为14毫米,回旋流腔直径2. 7毫米,整体高度为0. 25毫米,上层进气孔和中层导气过渡孔的直径为0. 8毫米,中气爪层的下凹区为采用下凹0. 06毫米的排气设计,回旋流腔进气口宽为0. 2毫米。
[0031] 本发明采用双层回旋流腔体设计,能在较小尺寸和较少耗气量下获得较大的吸引力夹持芯片。
[0032] 本发明的最佳实施例已阐明,由本领域普通技术人员做出的各种变化或改型都不会脱离本发明的范围。

Claims (10)

1. 一种回旋流非接触气爪夹持装置,包括整体结构为圆柱体的装置本体,其特征是: 所述的装置本体包括制有主进气腔(Ia)的安装座体(1)和与安装座体(1)底部圆平面 (11)固定连接的气爪主体O);所述气爪主体O)的上部和下部等弧度等数量分别均布制有构成气爪外围层的第一回旋流腔(21a)和构成气爪内围层的第二回旋流腔03a),气爪主体O)内部分别制有能与每个第一回旋流腔(21a)和每个第二回旋流腔(23a)相切连通的第一导气通道和第二导气通道,并且两相邻的第一回旋流腔Ola)以及两相邻的第二回旋流腔(23a)的进气方向均相反,所述气爪主体内中部制有径向连通外界的下凹排气区,下凹排气区沿气爪主体(¾的轴心向下贯通制有排气通道,气爪主体(¾下端面与每个第一回旋流腔Ola)同轴对应制有轴向延伸至中部构成气爪外围环形负压真空吸引区域的负压吸引通道,第一回旋流腔(21a)与负压吸引通道的对应连接间留有连通下凹排气区的排气间隙,所述第二回旋流腔(23a)贯通气爪主体的下端面构成气爪内围环形正压排斥区,所述安装座体(1)底部圆平面(11)分别制有连通第一导气通道与主进气腔(Ia) 的第一导气孔(Ib)和连通第二导气通道与主进气腔(Ia)的第二导气孔(Ic)。
2.根据权利要求1所述的一种回旋流非接触气爪夹持装置,其特征是:所述的气爪主体由三片圆形硅材料加工制作的上气爪层(21)、中气爪层0¾和下气爪层组合构成,并且上气爪层(21)、中气爪层0¾和下气爪层之间采用硅-硅阳极键合技术固定相粘接。
3.根据权利要求2所述的一种回旋流非接触气爪夹持装置,其特征是:所述的安装座体(1)为铝材料加工制作的具有一端开口构成主进气腔(Ia)的空心柱形体,所述主进气腔 (Ia)的内壁制有方便于外部管路连接的内螺纹,安装座体(1)的底部圆平面(11)与气爪主体(2)上气爪层的上端面采用铝-硅阳极键合技术固定相粘接。
4.根据权利要求3所述的一种回旋流非接触气爪夹持装置,其特征是:所述的上气爪层和下气爪层分别贯通制有构成六个第一回旋流腔(21a)的上通孔和构成六个第二回旋流腔(23a)的下通孔,所述负压吸引通道由分别贯通下气爪层和中气爪层 (22)的负压吸引孔(23e)和吸引过渡孔(22a)组成,所述第一回旋流腔Qla)的下端口和吸引过渡孔0¾)的上端口之间留有的距离构成了第一回旋流腔Ola)留有的排气间隙。
5.根据权利要求4所述的一种回旋流非接触气爪夹持装置,其特征是:所述的中气爪层02)的上表面制有带有六个径向排气通道021a)的下凹区021),所述下凹区(221)与上气爪层的下表面合围的空间构成了上述连通外界的下凹排气区,所述两相邻的径向排气通道021a)间形成有与上气爪层粘接相连的梯形凸台022),所述每个径向排气通道021a)均经过相应的吸引过渡孔(22a)的轴心线。
6.根据权利要求5所述的一种回旋流非接触气爪夹持装置,其特征是:所述的第一导气通道由上气爪层上表面制有的下凹孔(21b)和下凹槽Olc)组成,所述下凹槽Olc)的出气端与第一回旋流腔(21a)相切连通,下凹槽Olc)的进气端连接下凹孔 (21b),所述下凹孔(21b)与安装座体(1)的第一导气孔(Ib)相连通。
7.根据权利要求6所述的一种回旋流非接触气爪夹持装置,其特征是:所述的第二导气通道由上气爪层和中气爪层0¾同轴贯通制有的上层进气孔(21d)和中层导气过渡孔02b)以及下气爪层上表面制有的下凹腔(23b)和下凹导气槽(23c)共同组成;所述下凹导气槽03c)与第二回旋流腔(23a)相切连通,下凹导气槽03c)的另一端依次与下凹腔0北)、中层导气过渡孔(22b)和上层进气孔(21d)相连通,所述上层进气孔 (21d)经第二导气孔(Ic)与主进气腔(Ia)相连通,所述中层导气过渡孔(22b)穿设在中气爪层02)的梯形凸台(222)上。
8.根据权利要求7所述的一种回旋流非接触气爪夹持装置,其特征是:所述的排气通道由中气爪层0¾贯通制有的排气导孔(22c)和下气爪层制有的排气通孔(23d)组成,所述第二回旋流腔(23a)均布围绕在排气通孔(23d)周围,所述负压吸引孔(23e)均布在第二回旋流腔03a)的外周。
9.根据权利要求8所述的一种回旋流非接触气爪夹持装置,其特征是:所述的负压吸引孔的直径和吸引过渡孔0¾)的直径相同,所述第一回旋流腔Ola)的直径大于吸引过渡孔0¾)的直径并小于径向排气通道021a)的宽度。
10.根据权利要求9所述的一种回旋流非接触气爪夹持装置,其特征是:所述的第一回旋流腔Ola)、第二回旋流腔03a)、排气导孔(22c)和排气通孔(23d)均具有相同的直径。
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