CN104637859B - 导线夹具和施加预载力至压电驱动器的方法与装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种导线夹具，其包含有：夹具本体；一对臂部，其和该夹具本体相耦接；以及压电驱动器，其具有延伸在第一端部和第二端部之间的纵轴，该驱动器在第一端部被耦接至该对臂部上，而在第二端部被耦接至该夹具本体上。该驱动器的第二端部通过预载机构被耦接至该夹具本体上，以沿着该纵轴施加预载力；以及该预载机构包含有至少一个锲形块，该锲形块具有斜面，该斜面在一个相配合的斜面上方滑动。本发明还公开一种将预载力施加至导线夹具的压电驱动器的方法，和一种将预载力施加至导线夹具的压电驱动器的夹台。

Description

导线夹具和施加预载力至压电驱动器的方法与装置
技术领域
本发明涉及一种带有压电驱动器(piezoelectric actuator)的导线夹具，以及涉及一种施加预载力(preload force)至压电驱动器的方法与装置。
背景技术
在半导体处理过程中，集成电路通过公知为导线键合的流程中的导线被连接至其封装材料中。在导线键合过程中，有必要来夹持待键合的导线以便于将其精确地定位在期望位置。一种公知的用于夹持导线的设备表示于图1中，其包括由压电驱动器110所驱动的一对颚部(jaws)102、104。通过应用穿过驱动器110的电场引起颚部102、104打开。当关闭电场时，臂部闭合以便于导线被夹持在夹持板体106、108之间。
当使用压电驱动器时，在应用电场以前有必要施加预载力至驱动器的压电单元上。预载力的大小是关键的。如果不足的预载被施加，那么压电单元由于动态的拉力而可能破裂。如果太大的预载被施加，那么驱动器可能不能被成功地驱动。
在图1的导线夹具中，通过使用设定螺丝130，预载力被应用来沿着其纵轴(即沿着压电驱动器110的中心且垂直于其端部112、114延续的轴线)通过预载块120施加一个力至该压电驱动器(piezo actuator)110。设定螺丝130和预载块120抵靠于导线夹具主体105推动压电驱动器110。
图1所示的现有设置的不足在于：由于震动或配合面上(即设定螺丝130和预载块120之间，以及预载块120和压电驱动器110之间)摩擦力不足，设定螺丝130可能变松，导致压电驱动器110上的预载力减少，反而影响导线夹具100的性能。在采用夹具100的导线键合装置的典型操作中，外力将会在轴向方向上重复地被施加至预载螺丝130，这可能导致螺丝松动。
图1的预载机构的另一个不足在于：当螺丝被紧固时，一个力矩将会被传送至压电叠堆(piezo stack)110上。如果不认真地处理，那么这可能损坏压电叠堆110。
提供一种克服上述不足中的一个或多个的导线夹具，或者至少提供一种有用的选择方案，这是令人期望的。
发明内容
本发明的一些实施例涉及一种导线夹具，其包含有：
夹具本体；
一对臂部，其和该夹具本体相耦接；以及
压电驱动器，其具有延伸在第一端部和第二端部之间的纵轴，该驱动器在第一端部被耦接至该对臂部上，而在第二端部被耦接至该夹具本体上；
其中，该驱动器的第二端部通过预载机构被耦接至该夹具本体上，以沿着该纵轴施加预载力；以及
其中该预载机构包含有至少一个锲形块，该锲形块具有斜面，该斜面在一个相配合的斜面上方滑动。
本发明的另一些实施例涉及一种将预载力施加至导线夹具的压电驱动器的方法，该导线夹具包含有夹具本体与一对和该夹具本体相耦接的臂部，该压电驱动器具有延伸在第一端部和第二端部之间的纵轴，且在第一端部被耦接至该对臂部上，而在第二端部被耦接至该夹具本体上；该方法包含有以下步骤：
提供具有斜面的锲形块；
提供相配合的斜面，以便于在相配合的斜面和压电驱动器之间或者在夹具本体和相配合的斜面之间定义有间隙，该锲形块可在相配合的表面的上方滑动；
将锲形块插置在间隙中，以致于该斜面接触相配合的表面；以及
将力沿着横截于驱动器的纵轴的方向施加至锲形块，以藉此沿着纵轴施加预载力。
本发明的又一些实施例涉及一种将预载力施加至导线夹具的压电驱动器的夹台，该导线夹具包含有夹具本体与一对和该夹具本体相耦接的臂部，该压电驱动器具有延伸在第一端部和第二端部之间的纵轴，且在第一端部被耦接至该对臂部上，而在第二端部被耦接至该夹具本体上，该压电驱动器的第二端部通过预载机构耦接至夹具主体上，以沿着纵轴施加预载力，该预载机构包含有至少一个具有斜面的锲形块，其可在相配合的斜面上方滑动；该夹台包含有：
夹具支撑座，其具有凹槽以容置夹具本体；
张紧平台，其从夹具支撑座处延伸且相对于凹槽被提升，该张紧平台具有带螺纹的孔洞，当夹具主体容置于夹具支撑座时，该孔洞和该至少一个锲形块对齐定位；以及
张紧螺丝，其可容纳于该带螺纹的孔洞中，以便于该张紧螺丝的末端接触该至少一个锲形块，而以致于拧紧该张紧螺丝将力沿着横截于压电单元的纵轴的方向施加至该至少一个锲形块上。
附图说明
现在结合附图，并仅仅以非限定的实例的方式来描述本发明的实施例，其中：
图1所示为自现有的导线夹具的上方的投影视图；
图2所示为自根据本发明的一些实施例所述的导线夹具的上方的投影视图；
图3所示为图2的导线夹具的俯视立体示意图；
图4所示为根据特定实施例所述的预载机构的特写侧视示意图；
图5所示为图2-图4的导线夹具的俯视立体示意图，它们设置在夹台(jig)中以调节预载力；
图6所示为沿着图5的剖面线A-A所视时的剖面示意图；
图7所示为自导线夹具的颚部的上方和特写的投影视图；
图8A和图8B示意性地表明了使用于根据本发明实施例所述方法中的校准标记；以及
图9所示为图4的预载机构，其包括锲形块，每个锲形块具有各自的凸缘以和图5所示的夹台相耦接。
具体实施方式
最初参考图2和图3所示，其表明了具有主体210的夹具200，在其内部设置有压电驱动器240。压电驱动器240较合适地为多层堆栈驱动器(multilayer stack actuator)。主体210大体为U形，并具有延伸在两个侧部202和204之间的端部211。该端部211、侧部202和204一起确定了空洞232，压电驱动器240驻留在该空洞内部。
压电驱动器240在远端242处接触板体220。该板体220通过各自的连接机构(linkages)234、236连接至颚部212、214上。颚部212具有夹持板体216，而颚部214具有夹持板体218。电场在沿着纵轴的方向上应用至驱动器240导致驱动器扩张，从而在板体220上施加一个力，接着引起颚部212、214被打开(通过连接机构234、236)。
在远端242处，驱动器240可以固紧在板体220上，或者可以与板体220分开以便于它仅仅与之相邻接。
在近端244处，驱动器240接触包含有锲形单元252、254的预载机构，该锲形单元插置在近端244和主体210的内表面230之间的间隙内。锲形单元254可以固紧在驱动器240的近端244处。可供选择地，锲形单元252可以被固紧在主体210上，或者可以和它成为一体以致于它从内表面230处延伸。在目前的较佳实施例中，锲形单元252、254二者均和驱动器240、主体210分隔开。主体210可以具有在它的侧部202、204之间延伸的支撑表面208(图6)(举例而言)，在该支撑表面上支撑有锲形单元254。
和驱动器240的端部有关的术语“远端”和“近端”被用来表明它们和主体210的端部211的关系。即，“近端”244为比较靠近于端部211的端部，而“远端”242为比较远离的端部。
如图4所示，锲形块252具有斜面262，锲形块254具有相配合的斜面264。当横向力400a或400b被施加至锲形块252或锲形块254时，斜面262、264能够在彼此的上方移动。在应用横向力的过程中，锲形块254被支撑于主体210的支撑表面上。由于表面的倾斜的角度，当力400a或400b被施加的时候，锲形块252、254的各自的平整表面之间的面与面之间的距离D增大。当该距离D增大时，施加在驱动器240上的预载力(反作用力)增大。
横向力400a或400b可继续被施加，直到实现了期望的预载力。当期望的预载力得以实现时，锲形块252、254可被锁固在一起，例如通过胶合或者焊接的方式，以便于保持期望的预载力。
在当前的较佳实施例中，锲形块252、254是自锁的。当μ＞tanθ,(1)时，自锁得以实现，其中：μ为锲形块252、254之间的静摩擦系数，θ为斜面264和锲形块254的平整表面266之间的倾斜角(或者类似地为，锲形块252的斜面262的倾斜角)。
锲形块252、254的自锁性能特别有益，因为施加于压电驱动器240上的预载力比现有技术中的螺丝张紧方法所实现的更加稳定。从而这种压电式导线夹具200的性能比现有的夹具更为一贯连续。
角度θ较佳地是在8-12度之间的范围内，虽然值得欣赏的是对于自锁而言，满足自锁条件(1)的任何角度都是充分的。对于没有自锁的锲形块而言，其它的斜角是可能的。
图2至图4中所示的实施例在预载机构中采用了两个锲形块252、254。值得欣赏的是，单个的锲形块252或254可能被采用来酌情在近端244或内表面230处提供合适的相配合的斜面。可供选择地，在某些实施例中，三个或多个锲形块可被使用，假定接触驱动器240的近端244的锲形块的表面是平整的，以便于预载力沿着驱动器240的纵轴被引导。
现在参考图5和图6所示，其表明了一种用于将预载力应用至驱动器240的装置。该装置是具有基座310的夹台300，从该基座处延伸有夹体支撑座312。从夹体支撑座312处在水平面上延伸有张紧平台318，其相对于基座310被提升。该张紧平台318具有带螺纹的通孔(未示)，以容纳张紧调节螺杆320的带螺纹的转轴330。提升平台314设置在张紧平台318的上方，其开孔324容纳螺杆320的转轴330。另外，提升平台314中还容纳两个较小的调节螺杆322。一对支架350(图中仅仅显示了其中一个)从提升平台314的相对两侧向下延伸。该支架从沿平台314分布的、大体和开孔324对齐定位的一位置处延伸。每个支架350具有足部352，它和支架350的其它部分一起确定了切口353，该切口353被改变大小和成形以容纳锲形块252的凸缘253(图2-图4中未示，但在图9中可见)。在支架350之间存在间隙，该间隙大体为张紧平台318的宽度。
为了准备夹具200进行预载力调节，夹具主体210的端部211被放置于凹陷平台313上，该凹陷平台313被改变大小和成形以容纳主体端部211。其后，通过横跨支架350，提升平台314被定位在张紧平台318上方且在张紧平台318上方滑动，直到开孔324和平台318的带螺纹的孔洞对齐，和直到支架350的切口353与锲形单元252的耳部253对齐且与之耦接。然后，大的张紧螺丝320贯穿通过对齐后的孔洞和拧紧，直到位于转轴330的较低端部处的圆头末端332接触锲形块252。小的调节螺丝322通过进入它们各自的孔洞直到它们的较低的端部接触提升平台314，如图6所示。
在锲形块254的上方迫使锲形块252向下的过程中，一旦夹台300和夹具200装配定位，如图5和图6所示，那么大的张紧螺丝320被固紧。固紧能够持续一直到在驱动器240中预定的预载力得以实现。如果预载力超过了期望的力，那么通过使用小的调节螺丝322它能够得以减少。因为小的螺丝322的较低端部正接触和抵靠于平台318，其为固定的，将螺丝322拧紧将会趋于迫使提升平台314向上。当迫使提升平台314向上时，足部352和凸缘253相耦接且在向上的方向上拉拽锲形块252，藉此降低施加于驱动器240上的预载力。
预载力的大小能够通过测量夹持板体216和218之间的间隔而得以确定，因为该间隔距离直接和预载力成正比。通过测量与公知的预载力成函数关系的间隔距离，校准能够得以执行。一旦获得了校准曲线，那么由锲形块所施加的预载力能够通过测量该间隔距离而得以确定。
其中间隔距离能够得以测量的一种方法被示意性地描述在图7、图8A和图8B中。在图7中，基准标记702、704被应用在相邻于夹持板体216、218的颚部212、214的末端附近。然后，位于夹持板体216、218之间的间隔通过跟踪基准标记702、704中的一个或两个的移动而得以被测量。例如，摄像机(图中未示)能够被安装在基准标记702的上方。来自摄像机的图像数据可以被接收在计算机系统中，该计算机系统在显示器上显示所捕获的图像数据。计算机系统的图像处理模块可以监测位于所捕获图像之内的基准标记702，并如通过在所监测的基准标记702中居中的十字标802、804所指明确定其位置。十字标可以叠加在所显示的图像上，如图8A所示。当螺丝320被拧紧时，夹持板体216、218进一步移动分开，基准标记702移动至右侧，到达十字标802'、804所指明的新位置。然后，位于新的X坐标(通过垂直线802'所指明)和老的X坐标(通过垂直虚线802所指明)之间的测量距离和以前获得的校准曲线比较，以确定预载力。该比较可以例如通过图像处理模块手动地或自动地完成。
虽然本发明的特定实施例已经被详细地描述，但是在本发明宗旨以内的很多修改变化是可能的，这对于熟练的读者而言是显而易见的。

Claims (14)

1.一种导线夹具，其包含有：
夹具本体；
一对臂部，其和该夹具本体相耦接；以及
压电驱动器，其具有延伸在第一端部和第二端部之间的纵轴，该驱动器在第一端部被耦接至该对臂部上，而在第二端部被耦接至该夹具本体上；
其中，该驱动器的第二端部通过预载机构被耦接至该夹具本体上，以沿着该纵轴施加预载力，以及
其中，该预载机构包含有第一可移动锲形块，该第一可移动锲形块具有斜面，该斜面于与之相配合的第二可移动锲形块的斜面的上方滑动，各自斜面被构造成具有促进第一可移动锲形块和第二可移动锲形块静摩擦自锁的倾斜角度。
2.如权利要求1所述的导线夹具，其中，该斜面具有小于需要来自锁的临界角度的斜角。
3.如权利要求1所述的导线夹具，其中，相配合的斜面是另一个锲形块的相配合的斜面。
4.如权利要求3所述的导线夹具，其中，另一个锲形块可从夹具本体处移离。
5.如权利要求1所述的导线夹具，其中，预载机构设置在驱动器的第二端部和夹具主体之间的间隙中。
6.如权利要求1所述的导线夹具，其中，至少一个锲形块可滑动地插置于相配合的斜面和压电驱动器之间的间隙中或者夹具本体和相配合的斜面之间的间隙中，以用于施加预载力。
7.如权利要求1所述的导线夹具，其中，至少一个锲形块包含有至少一个凸缘，该凸缘可耦接来从导线夹具处退回该至少一个锲形块。
8.一种将预载力施加至导线夹具的压电驱动器的方法，该导线夹具包含有夹具本体与一对和该夹具本体相耦接的臂部，该压电驱动器具有延伸在第一端部和第二端部之间的纵轴，且在第一端部被耦接至该对臂部上，而在第二端部被耦接至该夹具本体上；该方法包含有以下步骤：
提供具有斜面的第一可移动锲形块；
提供相配合的第二可移动锲形块的斜面，以便于在相配合的斜面和压电驱动器之间或者在夹具本体和相配合的斜面之间定义有间隙，第一可移动锲形块的斜面于与之相配合的第二可移动锲形块的斜面的上方滑动，各自斜面被构造成具有促进第一可移动锲形块和第二可移动锲形块静摩擦自锁的倾斜角度。
将第一、第二可移动锲形块插置在间隙中，以致于该锲形块的斜面接触相配合的斜面；以及
将力沿着横截于驱动器的纵轴的方向施加至第一或第二可移动锲形块，以藉此沿着纵轴施加预载力。
9.如权利要求8所述的方法，该方法还包含有以下步骤：将导线夹具安装在夹台中。
10.如权利要求9所述的方法，其中，该夹台包含有张紧螺丝，该张紧螺丝的末端可和锲形块相接触，以便于拧紧该张紧螺丝将力施加至锲形块。
11.如权利要求8所述的方法，该方法还包含有以下步骤：确定该预载力。
12.如权利要求11所述的方法，其中，确定该预载力的步骤包括：测量臂部之间的间隔距离。
13.如权利要求12所述的方法，其中，该臂部包含有至少一个基准标记，该测量间隔距离的步骤包含有：比较施加力之前的该至少一个基准标记的位置和施加力之后该至少一个基准标记的位置。
14.一种将预载力施加至导线夹具的压电驱动器的夹台，该导线夹具包含有夹具本体与一对和该夹具本体相耦接的臂部，该压电驱动器具有延伸在第一端部和第二端部之间的纵轴，且在第一端部被耦接至该对臂部上，而在第二端部被耦接至该夹具本体上，该压电驱动器的第二端部通过预载机构被耦接至夹具主体上，以沿着纵轴施加预载力，该预载机构包含有具有斜面的第一可移动锲形块，第一可移动锲形块的斜面于与之相配合的第二可移动锲形块的斜面的上方滑动，各自斜面被构造成具有促进第一可移动锲形块和第二可移动锲形块静摩擦自锁的倾斜角度；该夹台包含有：
夹具支撑座，其具有凹槽以容置夹具本体；
张紧平台，其从夹具支撑座处延伸且相对于凹槽被提升，该张紧平台具有带螺纹的孔洞，当夹具主体容置于夹具支撑座时，该孔洞和该第一或第二可移动锲形块对齐定位；以及
张紧螺丝，其可容纳于该带螺纹的孔洞中，以便于该张紧螺丝的末端接触该第一或第二可移动锲形块，而以致于拧紧该张紧螺丝将力沿着横截于压电驱动器的纵轴的方向施加至该第一或第二可移动锲形块上。
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