CN102658551B - 一种芯片传输机械臂 - Google Patents

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Abstract

一种芯片传输机械臂，通过真空吸附对芯片进行拾取和释放，然后通过集成在机械臂后端的压电陶瓷对施加的压力进行测量，从而使芯片操作过程中保证操作精度和施加适当的键合压力；采用两个感应铜柱端面互相接触，防止了真空吸头在重力作用下自然向下倾斜，保证了测量精度，并且通过两感应铜柱感知真空吸头的位置，感知真空吸头的位置，从而告知控制系统开始检测压电陶瓷输出的电流。

Description

一种芯片传输机械臂
技术领域
本发明涉及一种用于微操作的机械臂，特别涉及一种芯片传输机械臂。
背景技术
在半导体制造过程中，常用微操作机械臂作为芯片的拾取和释放机构，常用的微操作机械臂包括吸附式机械臂和机械式机械臂两种，其中吸附式机械臂一般在机械臂表面设有供空气流通的气槽，当机械臂接触芯片时，利用外在真空源将机械臂气槽中的空气抽除，以形成真空状态来达到拾取芯片的目的；当需要释放芯片时，停止抽真空，即可释放芯片，吸附式机械臂在拾取和释放芯片时，对芯片表面的伤害较小，可以减小对芯片的磨损，但是其拾取和释放的力的大小不便于控制，有可能造成破片。机械式机械臂一般具有手指结构，通过手指的运动产生夹持动作和夹持力，通过产生驱动力的原理，机械式机械臂又可分为压电陶瓷驱动机械臂、形状记忆合金机械臂等，机械式机械臂通过压电陶瓷或者形状记忆合金可以精确控制驱动力的大小，从而得到便于控制大小的拾取力和释放力，但是由于手指会施加不均匀的压力在芯片上，会对芯片的表面造成伤害。
在芯片的拾取和释放过程中，机械臂通常呈悬臂状，而对于悬臂式机械臂，由于悬臂自身重力的影响，会使机械手产生向下的偏移，这会导致在拾取和释放芯片时不利于力的控制。
因此，为了克服上述不足，需要设计出一种可以减小对芯片磨损的力可控的芯片传输机械臂，并且能够克服因机械臂自身重力而造成的机械手的向下偏移。
发明内容
本发明主要通过真空吸附的方法对芯片进行拾取和释放，然后通过集成在操作手后端的压电陶瓷对施加的压力进行测量，实现芯片拾取和释放过程中力的精确控制，并且防止了真空吸头在重力作用下自然向下倾斜。
为达到以上目的，本发明采用的技术方案是：
本操作手包括真空吸头、吸头支撑杆、吸头支架、连接架、真空发生器接头、连接导块、压电陶瓷、吸头侧感应铜柱支架、压电陶瓷固定架、压电陶瓷侧感应铜柱、吸头侧感应铜柱、压电陶瓷侧感应铜柱支架和定位片。
其中，真空发生器接头连接真空发生器，真空发生器接头和吸头支撑杆连接在吸头支架上，真空发生器接头和真空吸头通过吸头支撑杆连接，吸头支撑杆内有气槽，真空吸头通过真空发生器提供的真空吸力，将芯片拾取和释放。
吸头支架通过螺栓连接到连接架上，连接架与连接导块通过安装在连接架和压电陶瓷固定架底面的定位片与压电陶瓷固定架相连，压电陶瓷放置于压电陶瓷固定架内，
吸头侧感应铜柱支架为U形结构，吸头侧感应铜柱支架的一侧与连接架相连，固定整个吸头侧感应铜柱支架，吸头侧感应铜柱通过吸头侧感应铜柱支架另一侧上的孔安装在吸头侧感应铜柱支架上，固定吸头侧感应铜柱；压电陶瓷侧感应铜柱支架为直角状，所述压电陶瓷侧感应铜柱支架通过其一个面安装在压电陶瓷固定架上，压电陶瓷侧感应铜柱通过压电陶瓷侧感应铜柱支架另一个面上的孔安装在压电陶瓷侧感应铜柱支架上，吸头侧感应铜柱与压电陶瓷侧感应铜柱端面互相接触。
当真空吸头吸取芯片并放置在准确位置后，由于真空吸头对芯片有向下压力，致使真空吸头向上并带动整个连接架与连接导块压紧压电陶瓷，由于压电陶瓷本身固有的压电特性，将产生一微小电流，通过设计一放大电路，将压电陶瓷产生的电流放大并进行采集，根据压电陶瓷的特性得到真空吸头对芯片所施加的压力。
吸头侧感应铜柱与压电陶瓷侧感应铜柱除了具有防止真空吸头向下倾斜的作用外，还能够在真空吸头吸取芯片接触安放位置后，通过施加一电流检测回路，检测两感应铜柱接触或分离状态，感知真空吸头的位置，从而告知控制系统开始检测压电陶瓷输出的电流。
所述真空发生器为泵。
本发明具有如下的有益效果：
本发明通过真空吸附的方法对芯片进行拾取和释放，然后通过集成在操作手后端的压电陶瓷对施加的压力进行测量，实现芯片拾取和释放过程中力的精确控制；
采用两个感应铜柱端面互相接触，防止了真空吸头在重力作用下自然向下倾斜，保证了测量精度，并且通过两感应铜柱感知真空吸头的位置，从而告知控制系统开始检测压电陶瓷输出的电流。
附图说明
图1为本发明的第一视图；
图2为本发明的第二视图；
图3为本发明的第三视图。
附图标记说明：
1—真空吸头；      2—吸头支撑杆；      3—吸头支架；
4—连接架；  5—真空发生器接头；    6—连接导块；
7—压电陶瓷；  8—吸头侧感应铜柱支架；  9—压电陶瓷固定架；
10—压电陶瓷侧感应铜柱； 11—吸头侧感应铜柱； 12—压电陶瓷侧感应铜柱支架；
13—定位片。
具体实施方式
本操作手包括真空吸头1、吸头支撑杆2、吸头支架3、连接架4、真空发生器接头5、连接导块6、压电陶瓷7、吸头侧感应铜柱支架8、压电陶瓷固定架9、压电陶瓷侧感应铜柱10、吸头侧感应铜柱11、压电陶瓷侧感应铜柱支架12和定位片13；
其中，真空发生器接头5连接真空发生器，真空发生器接头5和吸头支撑杆2连接在吸头支架3上，真空发生器接头5和真空吸头1通过吸头支撑杆2连接，吸头支撑杆2内有气槽，真空吸头1通过真空发生器提供的真空吸力，将芯片拾取和释放。
吸头支架3通过螺栓连接到连接架4上，连接架4与连接导块6通过安装在连接架4和压电陶瓷固定架9底面的定位片13与压电陶瓷固定架9相连，压电陶瓷7放置于压电陶瓷固定架9内；
吸头侧感应铜柱支架8为U形结构，吸头侧感应铜柱支架8的一侧与连接架4相连，固定整个吸头侧感应铜柱支架8，吸头侧感应铜柱11通过吸头侧感应铜柱支架8另一侧上的孔安装在吸头侧感应铜柱支架8上，固定吸头侧感应铜柱11；压电陶瓷侧感应铜柱支架12为直角状，所述压电陶瓷侧感应铜柱支架12通过其一个面安装在压电陶瓷固定架9上，压电陶瓷侧感应铜柱10通过压电陶瓷侧感应铜柱支架12另一个面上的孔安装在压电陶瓷侧感应铜柱支架12上，吸头侧感应铜柱11与压电陶瓷侧感应铜柱10端面互相接触，使得真空吸头不能向下倾斜。
当真空吸头1吸取芯片并放置在准确位置后，由于真空吸头1对芯片有向下压力，致使真空吸头1向上并带动整个连接架4与连接导块6压紧压电陶瓷7，由于压电陶瓷本身固有的压电特性，将产生一微小电流，通过放大电路，将压电陶瓷产生的电流放大并进行采集，根据压电陶瓷的特性得到真空吸头1对芯片所施加的压力。
吸头侧感应铜柱10与压电陶瓷侧感应铜柱11除了具有防止真空吸头向下倾斜的作用外，还能够通过检测两感应铜柱接触或分离状态，感知真空吸头1的位置，从而告知控制系统开始检测压电陶瓷输出的电流，其具体通过以下方式实现：
定位片13连接连接架4、连接导块6与压电陶瓷固定架9，当压电陶瓷固定架9移动时，从而带动真空吸头1运动，由于定位片13较薄，柔性较好，因此真空吸头1连同吸头支撑杆2、吸头支架3、连接架4、真空发生器接头5、连接导块6、吸头侧感应铜柱支架8能够以定位片3为轴线上下旋转。固定在吸头侧感应铜柱支架8上的吸头侧感应铜柱11连同固定在吸头侧感应铜柱支架8一起转动；
当真空吸头1、吸头支撑杆2、吸头支架3、连接架4在重力作用下，以定位片13转动时，固定在压电陶瓷侧感应铜柱支架12上的压电陶瓷感应铜柱10与吸头侧感应铜柱11互相接触，阻止其进一步向下转动，使其保持水平位置；
将压电陶瓷侧感应铜柱10与吸头侧感应铜柱11分别连接直流电流的正负极，并与控制系统相连，当真空吸头1未对芯片施加压力时，在重力作用下，压电陶瓷侧感应铜柱10与吸头侧感应铜柱11互相接触，电流接通，控制系统检测到真空吸头1未对芯片施加压力。当真空吸头1对芯片施加向下的压力后，由于力的相互作用，芯片对真空吸头1产生个向上的力，使得真空吸头1、连接架4、吸头侧感应铜柱支架8连同吸头侧感应铜柱11一同绕定位片13旋转，吸头侧感应铜柱11与压电陶瓷侧感应铜柱10分离，连接直流电流的正负极断开，控制系统检测到真空吸头1对芯片开始施加压力，同时控制系统控制压电陶瓷检测电路开始检测，得出真空吸头1对芯片施加的压力大小。

Claims (2)

1.一种芯片传输机械臂，包括真空吸头（1）、吸头支撑杆（2）、吸头支架（3）、连接架（4）、真空发生器接头（5）、连接导块（6）、压电陶瓷（7）、吸头侧感应铜柱支架（8）、压电陶瓷固定架（9）、压电陶瓷侧感应铜柱（10）、吸头侧感应铜柱（11）、压电陶瓷侧感应铜柱支架（12）和定位片（13），真空发生器接头（5）连接真空发生器，真空发生器接头（5）和吸头支撑杆（2）连接在吸头支架（3）上，真空发生器接头（5）和真空吸头（1）通过吸头支撑杆（2）连接，吸头支撑杆（2）内有气槽，吸头支架（3）通过螺栓连接到连接架（4）上，连接架（4）与连接导块（6）通过安装在连接架（4）和压电陶瓷固定架（9）底面的定位片（13）与压电陶瓷固定架（9）相连，压电陶瓷（7）放置于压电陶瓷固定架（9）内，其特征在于：吸头侧感应铜柱支架（8）为U形结构，吸头侧感应铜柱支架（8）的一侧与连接架（4）相连，固定整个吸头侧感应铜柱支架（8），吸头侧感应铜柱（11）通过吸头侧感应铜柱支架（8）另一侧上的孔安装在吸头侧感应铜柱支架（8）上，固定吸头侧感应铜柱（11）；压电陶瓷侧感应铜柱支架（12）为直角状，所述压电陶瓷侧感应铜柱支架（12）通过其一个面安装在压电陶瓷固定架（9）上，压电陶瓷侧感应铜柱（10）通过压电陶瓷侧感应铜柱支架（12）另一个面上的孔安装在压电陶瓷侧感应铜柱支架（12）上，吸头侧感应铜柱（11）与压电陶瓷侧感应铜柱（10）端面互相接触。
2.如权利要求1所述的芯片传输机械臂，其特征在于，所述真空发生器为泵。
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