CN108987316B - 一种芯片倒装基板空间调平设备和系统 - Google Patents
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Abstract
本申请实施例公开了一种芯片倒装基板空间调平设备和系统，设备包括：调平设备本体和XY向运动平台；所述调平设备本体与所述XY向运动平台串联，且所述调平设备本体包括内部结构通过柔性铰链连接的三轴并联补偿装置。本申请实施例提供的芯片倒装基板空间调平设备的三轴并联补偿装置是通过柔性铰链来实现连接的，能克服现有技术存在的对芯片进行封装时对芯片造成挤压而损坏芯片的技术问题。
Description
技术领域
本申请涉及一种电子元件领域，尤其涉及一种芯片倒装基板空间调平设备和系统。
背景技术
芯片封装直接决定器件的最终性能、成本、可靠性与使用寿命，芯片直接倒装技术作为当今芯片封装领域的主流技术之一，是以焊球阵列为基础，把裸芯片正面朝下通过热压等工艺与封装基板连接的方法。与传统的引线结合技术相比，芯片直接倒装技术具有更高的封装密度(I/O密度高)，还可以把器件的尺寸做得更小，封装的高度做得更低。最终，电气性能会因缩短连接距离而做得更好。还可以降低寄生电感、减少噪声。在芯片直接倒装工艺过程中，需要保证芯片上的焊球阵列和基板的焊盘对准的同时保证芯片和基板之间平行。而现有的倒装键合设备，其调平装置设置在键合头处，通过一个球面副会进行转动，当键合头吸附着芯片压在基板上的时候，若芯片与基板之间不平行，在压力的作用下，球面副会产生转动，最终达到芯片与基板平行。然而，这种被动的调平机构需要的同步性较高，即基板与芯片的键合动作与调平动作需要同时完成，如此大大增加了倒装过程的难度，而且在调平过程中芯片会受压，因此容易对芯片造成损伤。
申请内容
本申请实施例提供了一种芯片倒装基板空间调平设备和系统，该调平设备的三轴并联补偿装置通过柔性铰链来连接，能解决在芯片封装过程中存在的芯片受压导致芯片损伤的技术问题。
有鉴于此，本申请第一方面提供了一种芯片倒装基板空间调平设备，包括：
调平设备本体和XY向运动平台；
所述调平设备本体与所述XY向运动平台串联，且所述调平设备本体包括内部结构通过柔性铰链连接的三轴并联补偿装置。
优选的，还包括：所述调平设备本体位于所述XY向运动平台上方。
优选的，所述三轴并联补偿装置包括第一补偿装置、第二补偿装置和第三补偿装置，所述第一补偿装置、第二补偿装置和第三补偿装置结构相同，且分别倾斜设置于所述底座上方。
优选的，还包括：
所述末端执行器分别通过柔性铰链与所述第一补偿装置、第二补偿装置和第三补偿装置连接；
所述第一补偿装置、第二补偿装置和第三补偿装置分别通过桥式放大器与所述底座连接。
优选的，所述第一补偿装置包括刚性杆，所述刚性杆通过柔性铰链连接所述末端执行器。
优选的，还包括三角锥体，所述三角锥体固定连接所述末端执行器，所述刚性杆通过所述柔性铰链和所述三角锥体连接所述末端执行器。
优选的，所述桥式放大器具体包括若干铁板结构，所述铁板结构通过所述柔性铰链连接。
优选的，所述第一补偿装置包括压电陶瓷，所述压电陶瓷通过所述柔性铰链分别连接所述刚性杆和所述底座。
优选的，所述XY向运动平台包括X向运动单元和Y向运动单元，所述X向运动单元与Y向运动单元垂直。
优选的，所述XY向运动平台包括直线电机驱动部件，用于驱动所述调平设备本体沿着所述X向运动单元和所述Y向运动单元上移动。
优选的，所述柔性铰链具体为圆弧形柔性铰链。
本申请第二方面提供了一种芯片倒装基板空间调平系统，包括视觉位姿检测装置、芯片基板、如上所述的芯片倒装基板空间调平设备和中央处理器；
当所述视觉位姿检测装置检测芯片位于所述芯片基板的预置位置时，发送位姿调整信号至所述中央处理器；
所述中央处理器根据接收到的位姿调整信号，发送相应的驱动信号至所述芯片倒装基板空间调平设备，以使所述芯片倒装基板空间调平设备的压电陶瓷作相应的伸缩运动。
从以上技术方案可以看出，本申请实施例具有以下优点：
本申请实施例中，提供了一种芯片倒装基板空间调平设备和系统，其中，芯片倒装基板空间调平设备包括：调平设备本体和XY向运动平台，所述调平设备本体包括基于柔性铰链的三轴并联补偿装置。本申请实施例提供的芯片倒装基板空间调平设备的三轴并联补偿装置是通过柔性铰链来实现连接的，能克服现有技术存在的对芯片进行封装时对芯片造成挤压而损坏芯片的技术问题。
附图说明
图1为本申请第一实施例提供的一种芯片倒装基板空间调平设备的结构示意图；
图2为本申请第二实施例提供的一种芯片倒装基板空间调平设备的调平设备本体的结构示意图；
图3为本申请第二实施例提供的一种芯片倒装基板空间调平设备的桥式放大器的结构示意图；
图4为第二实施例提供的一种芯片倒装基板空间调平设备的调平设备本体的运动示意图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请实施例的方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
请参阅图1，图1为本申请第一实施例提供的一种芯片倒装基板空间调平设备的结构示意图。
本申请第一方面提供了一种芯片倒装基板空间调平设备，包括：
调平设备本体和XY向运动平台；
调平设备本体与XY向运动平台串联，且调平设备本体包括内部结构通过柔性铰链连接的三轴并联补偿装置。
需要说明的是，本申请第一实施例提供的一种芯片倒装基板空间调平设备，调平设备本体位于XY向运动平台，与XY向运动平台串联，调平设备本体在运动平台上能分别沿着X和Y方向移动，且该调平设备本体包括的三轴并联补偿装置内部结构通过柔性铰链连接，如此，能够实现封装基板多轴位姿以及应力调节。
参见图2-4，其中，图2为本申请第二实施例提供的一种芯片倒装基板空间调平设备的调平设备本体的结构示意图；图3为本申请第二实施例提供的一种芯片倒装基板空间调平设备的桥式放大器的结构示意图；图4为第二实施例提供的一种芯片倒装基板空间调平设备的调平设备本体的运动示意图。
调平设备本体包括：末端执行器11、三轴并联补偿装置和底座22；
末端执行器11位于三轴并联补偿装置正上方；
三轴并联补偿装置位于底座22正上方。
三轴并联补偿装置包括第一补偿装置、第二补偿装置和第三补偿装置，第一补偿装置、第二补偿装置和第三补偿装置结构相同，且分别倾斜设置于底座22上方。
末端执行器11位于三轴并联补偿装置正上方具体包括：
末端执行器11分别通过柔性铰链与第一补偿装置、第二补偿装置和第三补偿装置连接；
第一补偿装置、第二补偿装置和第三补偿装置分别通过桥式放大器与底座连接。
第一补偿装置包括刚性杆18，刚性杆通过柔性铰链10连接末端执行器。
还包括三角锥体20，三角锥体20固定连接末端执行器11，刚性杆通过柔性铰链10和三角锥体20连接末端执行器。
桥式放大器具体为若干柔性铰链串联而成的结构。
第一补偿装置包括压电陶瓷14，压电陶瓷14通过柔性铰链分别连接刚性杆18和底座22。
XY向运动平台包括X向运动单元和Y向运动单元，X向运动单元与Y向运动单元垂直。
XY向运动平台包括直线电机驱动部件，用于驱动调平设备本体沿着X向运动单元和Y向运动单元上移动。
需要说明的是，本申请第二实施例提供的一种芯片倒装基板空间调平设备的调平设备本体的构型采用空间三轴并联构型，通过柔性铰链实现调平设备本体的力与位移的传动，如图2所示，1-10为柔性铰链，特别地，本申请的柔性铰链具体为圆弧形柔性铰链，圆弧形柔性铰链有较大的转动范围，能实现无机械摩擦、无间隙的运动以及运动灵敏度高，柔性铰链是通过铰链自身的变形来传递运动的，每一处铰链都是一体的，且铰链相当于连接符，图3为桥式放大器的结构示意图，其放大原理如图4所示的运动示意图所示，该桥式放大器为若干铁板结构组成的微型运动放大单元，铁板结构彼此之间通过柔性铰链来实现连接；其中，由于三轴并联补偿装置分别由结构完全一样的第一补偿装置、第二补偿装置和第三补偿装置构成，因此附图只标识了第一补偿装置，其他的补偿装置的结构可参照第一补偿装置。
调平设备本体安装在XY向运动单元上，在直线电机驱动部件的驱动下沿着XY向运动单元的X轴和Y轴方向来回移动，根据所封装的芯片上的用于辅助视觉位姿标定的图形，当检测到芯片的定位原点与计算机设定的目标原点重合时，则判定芯片到达目标位置，通过视觉位姿检测装置反馈位姿调整信号会中央处理器，以使中央处理器根据接收到的视觉位姿检测装置反馈位姿调整信号给调平设备本体的压电陶瓷，以使压电陶瓷根据该调整信号作出相应的伸缩运动：当压电陶瓷做伸长运动时，柔性铰链处会产生较大的变形，此时的柔性铰链可等效于一般的铰链，其他的结构等效于刚杆，其中，压电陶瓷的运动示意图如图4所示，15为第一运动点O1，13为第二运动点O2，16为第三运动点O3，17为第二运动杆，18为第一运动杆，19为第三运动杆，当压电陶瓷有位移输出时，第一运动点O1、第二运动点O2和第三运动点O3的运动组合分别通过第一运动杆、第二运动杆和第三运动杆传递到末端执行器，末端平台分别绕空间XYZ轴作出相应的旋转运动，实现调平运动，具体为：图4中的Xin以及箭头表示的是压电陶瓷的伸缩，当压电陶瓷伸长时，左边的Xin向左，右边的Xin向右，此时Xout向上运动；当压电陶瓷缩短时，左边Xin向右，右边Xin向左，此时Xout向下运动；
第一运动点O1、第二运动点O2和第三运动点O3的运动组合分别通过第一运动杆、第二运动杆和第三运动杆传递到末端执行器，当运动点O点向上运动时可等效于运动杆伸长，当O点向下运动时，可等效于杆缩短，第一运动杆、第二运动杆和第三运动杆的伸长与缩短最终导致末端执行器产生倾斜，倾斜的角度用于补偿芯片的倾斜角度，补偿后实现调平功能。
本申请第二方面提供了一种芯片倒装基板空间调平系统，包括视觉位姿检测装置、芯片基板、如上的芯片倒装基板空间调平设备和中央处理器；
当视觉位姿检测装置检测芯片位于芯片基板的预置位置时，发送位姿调整信号至中央处理器；
中央处理器根据接收到的位姿调整信号，发送相应的驱动信号至芯片倒装基板空间调平设备，以使芯片倒装基板空间调平设备的压电陶瓷作相应的伸缩运动。
以上所述，以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (5)
1.一种芯片倒装基板空间调平设备，其特征在于，包括：
调平设备本体和XY向运动平台；
所述调平设备本体与所述XY向运动平台串联，且所述调平设备本体包括内部结构通过柔性铰链连接的三轴并联补偿装置；
所述调平设备本体位于所述XY向运动平台上方；
所述三轴并联补偿装置包括第一补偿装置、第二补偿装置和第三补偿装置，所述第一补偿装置、所述第二补偿装置和所述第三补偿装置结构相同，且分别倾斜设置于所述调平设备本体的底座上方；
末端执行器分别通过所述柔性铰链与所述第一补偿装置、所述第二补偿装置和所述第三补偿装置连接；
所述第一补偿装置、所述第二补偿装置和所述第三补偿装置分别通过桥式放大器与所述底座连接；
所述第一补偿装置包括三角锥体、第一刚性杆和压电陶瓷，所述三角锥体固定连接所述末端执行器，所述第一刚性杆通过所述柔性铰链和所述三角锥体连接所述末端执行器；
所述桥式放大器具体包括若干铁板结构，所述铁板结构通过所述柔性铰链连接；
所述压电陶瓷通过所述柔性铰链分别连接所述第一刚性杆和所述底座；
所述第二补偿装置包括第二刚性杆，所述第三补偿装置包括第三刚性杆；
当所述第一补偿装置、所述第二补偿装置和所述第三补偿装置的压电陶瓷有位移输出时，所述位移输出分别通过所述第一刚性杆、所述第二刚性杆和所述第三刚性杆传递到所述末端执行器，所述末端执行器分别绕空间XYZ做出相应的旋转运动，实现调平运动。
2.根据权利要求1所述的芯片倒装基板空间调平设备，其特征在于，所述XY向运动平台包括X向运动单元和Y向运动单元，所述X向运动单元与所述Y向运动单元垂直。
3.根据权利要求2所述的芯片倒装基板空间调平设备，其特征在于，所述XY向运动平台包括直线电机驱动部件，用于驱动所述调平设备本体沿着所述X向运动单元和所述Y向运动单元上移动。
4.根据权利要求1至3任一项所述的芯片倒装基板空间调平设备，其特征在于，所述柔性铰链具体为圆弧形柔性铰链。
5.一种芯片倒装基板空间调平系统，其特征在于，包括视觉位姿检测装置、芯片基板、如权利要求1至4任一项所述的芯片倒装基板空间调平设备和中央处理器；
当所述视觉位姿检测装置检测芯片位于所述芯片基板的预置位置时，发送位姿调整信号至所述中央处理器；
所述中央处理器根据接收到的位姿调整信号，发送相应的驱动信号至所述芯片倒装基板空间调平设备，以使所述芯片倒装基板空间调平设备的压电陶瓷作相应的伸缩运动。
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