CN105366634A - 压电驱动双臂式高速引线线夹 - Google Patents

压电驱动双臂式高速引线线夹 Download PDF

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梁存满
王福军
田延岭
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Abstract

本发明公开了一种压电驱动双臂式高速引线线夹，该线夹是采用板材线切割一体成型的，包括基体，在所述基体的一侧形成有前后对称的两个平行四边形机构和一个桥型位移放大机构；在所述桥型位移放大机构内设有压电陶瓷驱动器，所述平行四边形机构设有输出端和输入端，在所述平行四边形机构的输出端上形成有与其垂直的连接梁，在所述连接梁远离所述基体的端部上形成有钳口；所述桥型位移放大机构的输出端与位于其外侧的所述平行四边形机构的输入端通过柔性铰链Ⅲ连接。本发明体积小、结构紧凑、夹紧力稳定可靠、制造成本低，具有较大的位移放大倍数，能够实现夹持力测量与反馈，能够适用于引线键合封装设备。

Description

压电驱动双臂式高速引线线夹
技术领域
本发明属于微器件封装领域，特别是涉及一种压电驱动双臂式高速引线线夹。
背景技术
近年来，随着微电子产业的蓬勃发展，微电子产业的发展已成为衡量一个国家综合实力的重要标志，成为促进国民经济持续发展和国家战略性基础产业安全的重要保障。随着微电子产业的持续发展，其相关行业器件不断向着微型化、高性能和高集成度方向发展，对于封装产品的质量要求越来越严格，因此对微器件封装的质量和效率提出了更高的要求。
所谓微器件封装是将一个具有一定功能的微器件，通过一系列工艺将其置于一个与之相适应的器件中，以保证微器件能够稳定工作。作为微器件封装设备的关键组成部分，引线线夹在封装过程中完成快速可控的张开与闭合动作，控制引线完成高速运动，实现引线的输送与截断，其性能好坏直接影响封装质量，进而影响微器件的性能和使用寿命。
传统的引线线夹主要采用电磁阀、音圈电机、直线电机等驱动方式，这些驱动方式的选取影响线夹机械结构的紧凑性，可能造成线夹开合不稳定、夹紧力不恒定，限制了线夹运动精度与封装质量的提高。此外，磁致伸缩器也被用作线夹的驱动器，但该类线夹驱动和控制系统较复杂。现有的引线线夹大多采用枢轴连接两个夹持臂，通过夹持臂的旋转运动实现线夹的开合运动，从而会导致钳口无法实现平行运动，易导致引线松动，无法实现稳定夹持。由于线夹开合频繁，因此要求夹持臂之间的连接枢轴具有很高耐磨性。为了实现线夹高速开合，必须尽可能地减小枢轴大小以及线夹整体质量。目前大多数引线线夹的连接枢轴采用红宝石材质，从而导致线夹的制造成本过高。现有引线线夹大多能够实现精确的位置控制，但是对于夹紧力的控制主要采用间接的方式，即采用预紧弹簧或力标定等方式来实现。这些方式在运动过程中会受惯性力的影响，很难精确保证夹紧力的稳定可控，并且力标定过程比较复杂。
发明内容
本发明为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种压电驱动双臂式高速引线线夹，该线夹体积小、结构紧凑、夹紧力稳定可靠、制造成本低。
本发明为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是：一种压电驱动双臂式高速引线线夹，该线夹是采用板材线切割一体成型的，包括基体，在所述基体的一侧形成有前后对称的两个平行四边形机构和一个桥型位移放大机构；所述桥型位移放大机构位于两个所述平行四边形机构之间，所述桥型位移放大机构形成有与所述基体平行的横梁和连接所述横梁和所述基体的两个四连杆机构，所述四连杆机构是采用柔性铰链Ⅰ连接形成的，在两个所述四连杆机构的外侧各形成有一所述桥型位移放大机构的输出端；在所述横梁和所述基体之间设有压电陶瓷驱动器，所述压电陶瓷驱动器的纵向中心线与该线夹的中心线重合，在所述压电陶瓷驱动器的远离所述横梁的端部设有预紧螺栓，所述预紧螺栓连接在所述基体上；所述平行四边形机构设有输出端和输入端，所述平行四边形机构的输出端设置在其远离所述基体的端部，所述平行四边形机构的输入端设置在其内侧靠近所述基体的部位，所述平行四边形机构是采用柔性铰链Ⅱ连接形成的，在所述平行四边形机构的输出端上形成有与其垂直的连接梁，在所述连接梁远离所述基体的端部上形成有钳口；所述桥型位移放大机构的输出端与位于其外侧的所述平行四边形机构的输入端通过柔性铰链Ⅲ连接。
所述连接梁为柔性梁，在所述柔性梁上粘贴有金属应变片。
所述柔性梁的两端内侧均形成有过渡圆弧结构。
本发明具有的优点和积极效果是：采用压电陶瓷驱动器作为引线线夹的驱动源，可以明显降低线夹整体质量和运动惯量。另外压电陶瓷驱动器具有体积小、刚度高、响应速度快、位移分辨率高等特点，利用压电陶瓷驱动器驱动位于其两侧的四连杆机构开合，可以有效改善线夹的静动态特性。将压电陶瓷驱动器设置在线夹内部，线夹结构紧凑。采用平行四边形机构实现了钳口的平行运动，能够避免由于夹持分力引起引线松动，能够有效提高线夹的夹持稳定性和精度。此外采用桥型位移放大机构与平行四边形机构两级放大机构，使线夹具有较大的张合量，能够实现对不同直径引线的稳定夹持。采用金属应变片作为线夹夹持力的反馈元件，能够实现夹持力的测量与实时反馈，从而提高封装过程中引线线夹工作的稳定性。采用一体成型结构，不需要贵重材料，制作成本低。综上所述，本发明体积小、结构紧凑、夹紧力稳定可靠、制造成本低，具有较大的位移放大倍数，能够实现夹持力测量与反馈，能够适用于引线键合封装设备。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明的部分示意图，包含基体和桥型位移放大机构；
图3为本发明的部分示意图，包含基体、平行四边形机构、连接梁和钳口；
图4为本发明的平行四边形机构的工作原理图；
图5为本发明的桥型位移放大机构的工作原理图。
图中：1、基体，2、平行四边形机构，2-1、柔性铰链Ⅱ，2-2、平行四边形机构的输入端，2-3、平行四边形机构的输出端，3、柔性铰链Ⅲ，4、桥型位移放大机构，4-1、四连杆机构；4-2、柔性铰链Ⅰ，4-3、桥型位移放大机构的输出端，4-4、横梁，5、压电陶瓷驱动器，6、连接梁，7、钳口，8、金属应变片，9、预紧螺栓。
具体实施方式
为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：
请参阅图1～图5，一种压电驱动双臂式高速引线线夹，该线夹是采用板材线切割一体成型的，包括基体1，在所述基体1的一侧形成有前后对称的两个平行四边形机构2和一个桥型位移放大机构4；所述桥型位移放大机构4位于两个所述平行四边形机构2之间，所述桥型位移放大机构4形成有与所述基体1平行的横梁4-4和连接所述横梁4-4和所述基体1的两个四连杆机构4-1，所述四连杆机构4-1是采用柔性铰链Ⅰ4-2连接形成的，在两个所述四连杆机构4-2的外侧各形成有一所述桥型位移放大机构的输出端4-3；在所述横梁4-4和所述基体1之间设有压电陶瓷驱动器5，所述压电陶瓷驱动器5的纵向中心线与该线夹的中心线重合，在所述压电陶瓷驱动器5的远离所述横梁4-4的端部设有预紧螺栓9，所述预紧螺栓9连接在所述基体1上。
所述平行四边形机构2设有输出端和输入端，所述平行四边形机构的输出端2-3设置在其远离所述基体1的端部，所述平行四边形机构的输入端2-2设置在其内侧靠近所述基体1的部位，所述平行四边形机构2是采用柔性铰链Ⅱ2-1连接形成的，在所述平行四边形机构的输出端2-3上形成有与其垂直的连接梁6，在所述连接梁6远离所述基体1的端部上形成有钳口7。
所述桥型位移放大机构的输出端4-2与位于其外侧的所述平行四边形机构的输入端2-2通过柔性铰链Ⅲ3连接。
本发明采用对称结构，能够实现热误差补偿，减小由于引线线夹受热不均引起的误差。为了保证引线线夹的加工精度，所述基体1、桥型位移放大机构4、平行四边形机构2、柔性铰链Ⅲ3、连接梁6和钳口7采用一体成型结构。所述平行四边形机构2由呈长方形排列的四个柔性铰链Ⅱ2-1连接形成。
在本实施例中，所述连接梁6为柔性梁，在所述柔性梁上粘贴有金属应变片8。当钳口7夹紧引线时，柔性梁会产生柔性变形，通过测量金属应变片8的输出量可以实现夹持力的测量与反馈，进而通过控制压电陶瓷驱动器5的输入信号，可以实现对夹持力的控制。在所述柔性梁的两端内侧均形成有过渡圆弧结构。用以消除柔性梁在变形中产生的应力集中现象。为了便于线夹安装，在所述基体1上设有两个安装孔。
本发明的工作原理：
请参阅图1～图5，当在压电陶瓷驱动器5的两端施加驱动电压时，压电陶瓷驱动器5伸长，推动桥型位移放大机构4中的横梁4-4向上运动、拉动四连杆机构的输出端4-3向内侧平移，桥型位移放大机构4将压电陶瓷驱动器5的输出位移进行放大，拉动柔性铰链Ⅲ3，带动平行四边形机构2运动，平行四边形机构2通过柔性梁带动钳口7运动，实现钳口7闭合以夹紧引线。当撤掉压电陶瓷驱动器5两端的驱动电压后，压电陶瓷驱动器5将恢复至原长，引线线夹在柔性铰链弹性力的作用下回到原位置，钳口7张开从而释放引线。通过调节预紧螺栓9可以改变压电陶瓷驱动器5的预紧力，能够调节两钳口7的间距，以满足夹持不同尺寸引线的需要。钳口7通过柔性梁与平行四边形机构2连接，当钳口7夹紧引线时，柔性梁会产生柔性变形，通过测量金属应变片8的输出量可以实现夹持力测量与反馈。所述平行四边形机构2在线夹中还起到杠杆机构的作用，具有位移放大功能。
尽管上面结合附图对本发明的优选实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可以作出很多形式，这些均属于本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种压电驱动双臂式高速引线线夹，其特征在于，该线夹是采用板材线切割一体成型的，包括基体，在所述基体的一侧形成有前后对称的两个平行四边形机构和一个桥型位移放大机构；
所述桥型位移放大机构位于两个所述平行四边形机构之间，所述桥型位移放大机构形成有与所述基体平行的横梁和连接所述横梁和所述基体的两个四连杆机构，所述四连杆机构是采用柔性铰链Ⅰ连接形成的，在两个所述四连杆机构的外侧各形成有一所述桥型位移放大机构的输出端；在所述横梁和所述基体之间设有压电陶瓷驱动器，所述压电陶瓷驱动器的纵向中心线与该线夹的中心线重合，在所述压电陶瓷驱动器的远离所述横梁的端部设有预紧螺栓，所述预紧螺栓连接在所述基体上；
所述平行四边形机构设有输出端和输入端，所述平行四边形机构的输出端设置在其远离所述基体的端部，所述平行四边形机构的输入端设置在其内侧靠近所述基体的部位，所述平行四边形机构是采用柔性铰链Ⅱ连接形成的，在所述平行四边形机构的输出端上形成有与其垂直的连接梁，在所述连接梁远离所述基体的端部上形成有钳口；
所述桥型位移放大机构的输出端与位于其外侧的所述平行四边形机构的输入端通过柔性铰链Ⅲ连接。
2.根据权利要求1所述的压电驱动双臂式高速引线线夹，其特征在于，所述连接梁为柔性梁，在所述柔性梁上粘贴有金属应变片。
3.根据权利要求2所述的压电驱动双臂式高速引线线夹，其特征在于，在所述柔性梁的两端内侧均形成有过渡圆弧结构。
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