CN115132631A - 正交驱动的刚柔耦合高速机构 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种半导体领域中的高速刺晶设备，特别是涉及一种正交驱动的刚柔耦合高速机构。本发明的目的是提供一种实现与刺晶设备机台运动的相同方向上的位移补偿而不影响机构最终的位移大小和精度的正交驱动的刚柔耦合高速机构，具体包括位移输出元件、纵向致动组件、纵向驱动杆、横向致动组件、横向驱动杆，所述纵向驱动杆连接于所述位移输出元件的顶部，所述横向驱动杆连接于所述位移输出元件的侧壁，所述纵向致动组件与所述纵向驱动杆相连接，所述横向致动组件与所述横向驱动杆相连接，纵向致动组件用于带动位移输出元件在垂直方向上上下移动，横向致动组件用于带动位移输出元件在水平方向上左右移动，所述纵向致动组件由压电陶瓷提供动力。

Description

正交驱动的刚柔耦合高速机构
技术领域
本发明涉及一种半导体领域中的高速刺晶设备，特别是涉及一种正交驱动的刚柔耦合高速机构。
背景技术
在半导体、光电显示等刺晶领域中，刺晶头需要跟随机台进行横向的匀速运动，其末端需要实现纵向的高频率、高重复性精度的往复运动。为了保证刺晶头末端的复合运动在工作范围内无横向滑动或横向滑动足够小，在与机台运动的相同方向上，需要进行位移的补偿。
传统的驱动方法是：
1)在机构的激励端设置机构类往返双向激励，在进程阶段，其反向激励成为阻力；在回程阶段，其正向激励成为阻力。此方法产生的阻力会影响激励的大小和精度，从而影响最终的位移大小和精度。
2)在机构的激励端设置电机类往返双向激励，由于电机类的固有特性，机构能够获得的加速度比较小，难以适应高频率、高重复性精度的要求。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种运动精度更高、适应刺晶设备高频率、高重复性精度要求，实现与刺晶设备机台运动的相同方向上的位移补偿而不影响机构最终的位移大小和精度的正交驱动的刚柔耦合高速机构。
为了解决上述技术问题，本申请提供了如下技术方案：
本发明正交驱动的刚柔耦合高速机构，包括位移输出元件、纵向致动组件、纵向驱动杆、横向致动组件、横向驱动杆，所述纵向驱动杆、所述横向驱动杆均为刚性杆件，所述纵向驱动杆连接于所述位移输出元件的顶部，所述纵向驱动杆纵向设置，所述横向驱动杆连接于所述位移输出元件的侧壁，所述横向驱动杆横向设置，所述纵向致动组件与所述纵向驱动杆相连接，所述横向致动组件与所述横向驱动杆相连接，所述纵向致动组件的驱动方向与所述横向致动组件的驱动方向正交，所述纵向致动组件用于带动所述位移输出元件在垂直方向上上下移动，所述横向致动组件用于带动所述位移输出元件在水平方向上左右移动，所述横向致动组件、所述纵向致动组件均由压电陶瓷提供动力，所述位移输出元件连接机架。
本发明正交驱动的刚柔耦合高速机构，其中所述纵向致动组件与所述横向致动组件结构相同，所述纵向致动组件与所述横向致动组件的设置方向相垂直，其中，所述纵向致动组件还包括纵向摆杆、柔性连接元件、纵向致动组件固定元件，所述压电陶瓷包括两组，所述柔性连接元件为由弹性材料制成的板状体，所述纵向致动组件固定元件为刚性板状体，所述纵向摆杆为刚性杆件，所述纵向摆杆的一端为第一端、另一端为第二端，所述柔性连接元件一端与所述纵向致动组件固定元件相连接，所述柔性连接元件另一端与所述纵向摆杆的第一端相连接，所述柔性连接元件所在平面与所述纵向致动组件固定元件所在平面相互垂直，所述柔性连接元件将所述纵向致动组件固定元件平分为两部分，两组所述压电陶瓷分别位于所述柔性连接元件两侧，并且两组所述压电陶瓷均连接于所述纵向致动组件固定元件与所述纵向摆杆之间，所述纵向摆杆的第二端与所述纵向驱动杆相连接，所述纵向致动组件固定元件用于连接机架。
本发明正交驱动的刚柔耦合高速机构，其中所述纵向摆杆的延伸方向与两组所述压电陶瓷的变形方向相互平行，所述柔性连接元件、两组所述压电陶瓷均与所述纵向摆杆的第一端端面相连接，并且所述柔性连接元件将所述纵向摆杆的第一端端面平分为两部分。
本发明正交驱动的刚柔耦合高速机构，其中所述纵向摆杆的延伸方向与两组所述压电陶瓷的变形方向所呈夹角大于或等于90°，所述柔性连接元件、两组所述压电陶瓷均与所述纵向摆杆的第一端侧壁相连接。
本发明正交驱动的刚柔耦合高速机构，其中每组所述压电陶瓷均包含至少一个压电陶瓷单元。
本发明正交驱动的刚柔耦合高速机构，其中还包括横向固定杆，所述横向固定杆、所述纵向驱动杆、所述横向驱动杆均相互垂直，所述横向固定杆一端连接于所述位移输出元件的外壁，所述横向固定杆另一端用于连接机架。
本发明正交驱动的刚柔耦合高速机构，其中还包括纵向连接件、横向连接件，所述纵向连接件与所述横向连接件结构相同，其中所述纵向连接件设置于所述纵向驱动杆上，所述横向连接件设置于所述横向驱动杆上，所述纵向摆杆与所述纵向连接件相连接，所述横向致动组件的横向摆杆与所述横向连接件相连接。
本发明正交驱动的刚柔耦合高速机构，其中还包括纵向阻尼器、横向阻尼器，所述纵向驱动杆与所述纵向阻尼器相连接，所述横向驱动杆与所述横向阻尼器相连接。
本发明正交驱动的刚柔耦合高速机构，其中所述纵向阻尼器、所述横向阻尼器均为管状阻尼器，所述纵向阻尼器、所述横向阻尼器的外壁均与所述机架相连接，所述纵向驱动杆穿过所述纵向阻尼器与所述纵向阻尼器相连接，所述横向驱动杆穿过所述横向阻尼器与所述横向阻尼器相连接。
本发明正交驱动的刚柔耦合高速机构，其中各所述压电陶瓷单元前后排布或左右排布。
与现有技术相比，本发明正交驱动的刚柔耦合高速机构至少具有以下有益效果：
本发明一种正交驱动的刚柔耦合高速机构，由于包括位移输出元件、纵向致动组件、横向致动组件，纵向致动组件用于带动位移输出元件在垂直方向上上下移动，横向致动组件用于带动位移输出元件在水平方向上左右移动，位移输出元件在纵向方向上先向下再向上运动，横向方向上，位移输出元件由位移曲线的一端移动到另一端，其横向运动的速度与机台运动的速度大小相等方向相反，使位移输出元件横向方向的位移与机台位移抵消，实现了与刺晶设备机台运动的相同方向上的位移补偿，由于纵向致动组件、横向致动组件均由压电陶瓷提供动力，机构的运动精度高，能够获得的加速度也较大，更能够适应刺晶设备高频率、高重复性精度的要求，更好地进行位移补偿。
下面结合附图对本发明正交驱动的刚柔耦合高速机构作进一步说明。
附图说明
图1为本发明实施例一一种正交驱动的刚柔耦合高速机构的整体结构示意图；
图2为本发明实施例一一种正交驱动的刚柔耦合高速机构中纵向致动组件的结构示意图；
图3为本发明实施例二一种正交驱动的刚柔耦合高速机构的整体结构示意图；
图4为本发明实施例二一种正交驱动的刚柔耦合高速机构中纵向致动组件的结构示意图；
图5为本发明实施例三一种正交驱动的刚柔耦合高速机构的整体结构示意图；
图6为本发明实施例四一种正交驱动的刚柔耦合高速机构的整体结构示意图。
具体实施方式
如图1、图2、图3所示，本发明一种正交驱动的刚柔耦合高速机构，包括位移输出元件5、纵向致动组件、纵向驱动杆3、横向致动组件、横向驱动杆11，纵向驱动杆3、横向驱动杆11均为刚性杆件，纵向驱动杆3连接于位移输出元件5的顶部，纵向驱动杆3纵向设置，横向驱动杆11连接于位移输出元件5的侧壁，横向驱动杆11横向设置，纵向致动组件与纵向驱动杆3相连接，横向致动组件与横向驱动杆11相连接，纵向致动组件、横向致动组件的驱动方向正交，纵向致动组件用于带动位移输出元件5在垂直方向上上下移动，横向致动组件用于带动位移输出元件5在水平方向上左右移动，纵向致动组件、横向致动组件均由压电陶瓷提供动力，位移输出元件5连接机架7。在系统运行过程中，机架7随外围刺晶设备机台匀速运动，且机台的运动方向与位移输出元件5的横向运动方向保持平行；纵向致动组件带动位移输出元件5的纵向运动即垂直方向的运动为间歇运动，在位移输出元件5纵向运动的间歇时间段，位移输出元件5在纵向方向上位于最高点不变，横向方向上运动到其横向位移曲线的一端；在位移输出元件5的运动时间段，位移输出元件5在纵向方向上先向下再向上运动，横向方向上，位移输出元件5由位移曲线的一端移动到另一端，其横向运动的速度与机台运动的速度大小相等方向相反，从而使位移输出元件5横向方向的位移与机台位移抵消，即在位移输出元件5在垂直方向上下运动的过程中，横向速度为零，实现了与刺晶设备机台运动的相同方向上的位移补偿。本发明一种正交驱动的刚柔耦合高速机构，由于包括位移输出元件5、纵向致动组件、横向致动组件，纵向致动组件用于带动位移输出元件5在垂直方向上上下移动，横向致动组件用于带动位移输出元件5在水平方向上左右移动，位移输出元件5在纵向方向上先向下再向上运动，将芯片由基膜压至玻璃基板，实现了固晶动作；横向方向上，位移输出元件5由位移曲线的一端移动到另一端，其横向运动的速度与机台运动的速度大小相等方向相反，使位移输出元件5横向方向的位移与机台位移抵消，实现了与刺晶设备机台运动的相同方向上的位移补偿，由于纵向致动组件、横向致动组件均由压电陶瓷提供动力，机构的运动精度高，能够获得的加速度也较大，更能够适应刺晶设备高频率、高重复性精度的要求，更好地进行位移补偿。
实施例一
本发明一种正交驱动的刚柔耦合高速机构，包括位移输出元件5、纵向致动组件1、纵向驱动杆3、横向致动组件8、横向驱动杆11，纵向驱动杆3、横向驱动杆11均为刚性杆件，纵向驱动杆3连接于位移输出元件5的顶部，纵向驱动杆3纵向设置，横向驱动杆11连接于位移输出元件5的侧壁，横向驱动杆11横向设置，纵向致动组件1与纵向驱动杆3相连接，横向致动组件8与横向驱动杆11相连接，纵向致动组件1、横向致动组件8的驱动方向正交，纵向致动组件1用于带动位移输出元件5在垂直方向上上下移动，横向致动组件8用于带动位移输出元件5在水平方向上左右移动，纵向致动组件1与横向致动组件8结构相同，纵向致动组件1与横向致动组件8的设置方向相垂直，其中，纵向致动组件1包括纵向摆杆101、柔性连接元件103、纵向致动组件固定元件104，柔性连接元件103为由弹性材料制成的板状体，纵向致动组件固定元件104为刚性板状体，纵向摆杆101为刚性杆件，纵向摆杆101的一端为第一端、另一端为第二端，柔性连接元件103一端与纵向致动组件固定元件104相连接，柔性连接元件103另一端与纵向摆杆101的第一端相连接，柔性连接元件103所在平面与纵向致动组件固定元件104所在平面相互垂直，柔性连接元件103将纵向致动组件固定元件104平分为两部分，两组压电陶瓷102分别位于柔性连接元件103两侧，并且两组压电陶瓷102均连接于纵向致动组件固定元件104与纵向摆杆101之间，两组压电陶瓷102交替伸缩，纵向摆杆101的延伸方向与两组压电陶瓷102的变形方向相互平行，柔性连接元件103、两组压电陶瓷102均与纵向摆杆101的第一端端面相连接，并且柔性连接元件103将纵向摆杆101的第一端端面平分为两部分，两组压电陶瓷102交替伸缩，使纵向摆杆101以柔性连接元件103为支点做往复摆动运动，压电陶瓷102的伸长方向与纵向摆杆101末端的摆动方向相垂直，柔性连接元件103为纵向摆杆101提供摆动支点，同时为压电陶瓷102提供了预紧压力，纵向摆杆101的第二端与纵向驱动杆3相连接，纵向致动组件固定元件104用于连接机架7。由于纵向致动组件1包括两组压电陶瓷102，两组压电陶瓷102交替伸缩，不仅增大了机构刚度，同时减小了机构的运动阻力；同时，压电陶瓷的伸缩通过电压输入来驱动，通过改变电压输入的规律可以调节陶瓷的伸缩规律，操作更方便。
可选地，每组压电陶瓷102包含至少一个压电陶瓷单元。具体地，每组压电陶瓷102可以只包含一个压电陶瓷单元，也可以由两个、三个或更多个压电陶瓷单元组成，每组压电陶瓷102包含多个压电陶瓷单元时，各压电陶瓷单元可以前后排布、左右排布，呈一定角度排布等任意布置。
可选地，还包括横向固定杆6，横向固定杆6、纵向驱动杆3、横向驱动杆11均相互垂直，横向固定杆6一端连接于位移输出元件5的外壁，横向固定杆6另一端用于连接机架7。
可选地，还包括纵向连接件2、横向连接件9，纵向连接件2与横向连接件9结构相同，其中纵向连接件2设置于纵向驱动杆3上，横向连接件9设置于横向驱动杆11上，纵向摆杆101与纵向连接件2相连接，横向致动组件8的横向摆杆与横向连接件9相连接。纵向连接件2将纵向致动组件1的往复摆动传递至位移输出元件5，使位移输出元件5作近似的往复纵向直线运动，横向连接件9将横向致动组件8的往复摆动传递至位移输出元件5，使位移输出元件5作近似的往复横向直线运动。
可选地，还包括纵向阻尼器4、横向阻尼器10，纵向阻尼器4、横向阻尼器10均为管状阻尼器，纵向阻尼器4、横向阻尼器10的外壁均与机架7相连接，纵向驱动杆3穿过纵向阻尼器4与纵向阻尼器4相连接，横向驱动杆11穿过横向阻尼器10与横向阻尼器10相连接。纵向阻尼器4对纵向驱动杆3的运动产生阻尼效应，横向阻尼器10对横向驱动杆11的运动产生阻尼效应，减小机构的震动。
实施例二
如图3、图4所示，本发明一种正交驱动的刚柔耦合高速机构，包括位移输出元件5、纵向致动组件12、纵向驱动杆3、横向致动组件13、横向驱动杆11，纵向驱动杆3、横向驱动杆11均为刚性杆件，纵向驱动杆3连接于位移输出元件5的顶部，纵向驱动杆3纵向设置，横向驱动杆11连接于位移输出元件5的侧壁，横向驱动杆11横向设置，纵向致动组件12与纵向驱动杆3相连接，横向致动组件13与横向驱动杆11相连接，纵向致动组件12、横向致动组件13的驱动方向正交，纵向致动组件12用于带动位移输出元件5在垂直方向上上下移动，横向致动组件13用于带动位移输出元件5在水平方向上左右移动，
纵向致动组件12与横向致动组件13结构相同，纵向致动组件12与横向致动组件13的设置方向相垂直，其中，纵向致动组件12包括纵向摆杆1201、柔性连接元件1203、纵向致动组件固定元件1204，柔性连接元件1203为由弹性材料制成的板状体，纵向致动组件固定元件1204为刚性板状体，纵向摆杆1201为刚性杆件，纵向摆杆1201的一端为第一端、另一端为第二端，柔性连接元件1203一端与纵向致动组件固定元件1204相连接，柔性连接元件1203另一端与纵向摆杆1201的第一端相连接，柔性连接元件1203所在平面与纵向致动组件固定元件1204所在平面相互垂直，柔性连接元件1203将纵向致动组件固定元件1204平分为两部分，两组压电陶瓷1202分别位于柔性连接元件1203两侧，并且两组压电陶瓷1202均连接于纵向致动组件固定元件1204与纵向摆杆1201之间，两组压电陶瓷1202交替伸缩，纵向摆杆1201的延伸方向与两组压电陶瓷1202的变形方向相互垂直，柔性连接元件1203、两组压电陶瓷1202均与纵向摆杆1201的第一端侧壁相连接，纵向摆杆1201的第二端与纵向驱动杆3相连接，纵向致动组件固定元件1204用于连接机架7。
可选地，纵向摆杆1201的延伸方向与两组压电陶瓷1202的变形方向所呈夹角还可大于90°或小于90°，如图5所示。
可选地，如图5、图6所示，每组压电陶瓷1202包含至少一个压电陶瓷单元1205。具体地，每组压电陶瓷1202可以只包含一个压电陶瓷单元1205，也可以由两个、三个或更多个压电陶瓷单元1205组成，每组压电陶瓷1202包含多个压电陶瓷单元1205时，各压电陶瓷单元可以前后排布、左右排布，呈一定角度排布等任意布置。
可选地，还包括横向固定杆6，横向固定杆6、纵向驱动杆3、横向驱动杆11均相互垂直，横向固定杆6一端连接于位移输出元件5的外壁，横向固定杆6另一端用于连接机架7。
可选地，还包括纵向连接件2、横向连接件9，纵向连接件2与横向连接件9结构相同，其中所述纵向连接件2设置于纵向驱动杆3上，横向连接件9设置于横向驱动杆11上，纵向摆杆1201与纵向连接件2相连接，横向致动组件13的横向摆杆与横向连接件9相连接。
可选地，还包括纵向阻尼器4、横向阻尼器10，纵向阻尼器4、横向阻尼器10均为管状阻尼器，纵向阻尼器4、横向阻尼器10的外壁均与机架7相连接，纵向驱动杆3穿过纵向阻尼器4与纵向阻尼器4相连接，横向驱动杆11穿过横向阻尼器10与横向阻尼器10相连接。
以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (10)

1.一种正交驱动的刚柔耦合高速机构，其特征在于，包括位移输出元件(5)、纵向致动组件(1、12)、纵向驱动杆(3)、横向致动组件(8、13)、横向驱动杆(11)，所述纵向驱动杆(3)、所述横向驱动杆(11)均为刚性杆件，所述纵向驱动杆(3)连接于所述位移输出元件(5)的顶部，所述纵向驱动杆(3)纵向设置，所述横向驱动杆(11)连接于所述位移输出元件(5)的侧壁，所述横向驱动杆(11)横向设置，所述纵向致动组件(1、12)与所述纵向驱动杆(3)相连接，所述横向致动组件(8、13)与所述横向驱动杆(11)相连接，所述纵向致动组件(1、12)的驱动方向与所述横向致动组件(8、13)的驱动方向正交，所述纵向致动组件(1、12)用于带动所述位移输出元件(5)在垂直方向上上下移动，所述横向致动组件(8、13)用于带动所述位移输出元件(5)在水平方向上左右移动，所述纵向致动组件(1、12)、所述横向致动组件(8、13)均由压电陶瓷提供动力，所述位移输出元件(5)连接机架(7)。
2.根据权利要求1所述的正交驱动的刚柔耦合高速机构，其特征在于，所述纵向致动组件(1、12)与所述横向致动组件(8、13)结构相同，所述纵向致动组件(1、12)与所述横向致动组件(8、13)的设置方向相垂直，其中，所述纵向致动组件(1、12)包括纵向摆杆(101、1201)、柔性连接元件(103、1203)、纵向致动组件固定元件(104、1204)，所述压电陶瓷设置有两组(102、1202)，所述柔性连接元件(103、1203)为由弹性材料制成的板状体，所述纵向致动组件固定元件(104、1204)为刚性板状体，所述纵向摆杆(101、1201)为刚性杆件，所述纵向摆杆(101、1201)的一端为第一端、另一端为第二端，所述柔性连接元件(103、1203)一端与所述纵向致动组件固定元件(104、1204)相连接，所述柔性连接元件(103、1203)另一端与所述纵向摆杆(101、1201)的第一端相连接，所述柔性连接元件(103、1203)所在平面与所述纵向致动组件固定元件(104、1204)所在平面相互垂直，所述柔性连接元件(103、1203)将所述纵向致动组件固定元件(104、1204)平分为两部分，两组所述压电陶瓷(102、1202)分别位于所述柔性连接元件(103、1203)两侧，并且两组所述压电陶瓷(102、1202)均连接于所述纵向致动组件固定元件(104、1204)与所述纵向摆杆(101、1201)之间，所述纵向摆杆(101、1201)的第二端与所述纵向驱动杆(3)相连接，所述纵向致动组件固定元件(104、1204)用于连接机架(7)。
3.根据权利要求2所述的正交驱动的刚柔耦合高速机构，其特征在于，所述纵向摆杆(101)的延伸方向与两组所述压电陶瓷(102)的变形方向相互平行，所述柔性连接元件(103)、两组所述压电陶瓷(102)均与所述纵向摆杆(101)的第一端端面相连接，并且所述柔性连接元件(103)将所述纵向摆杆(101)的第一端端面平分为两部分。
4.根据权利要求2所述的正交驱动的刚柔耦合高速机构，其特征在于，所述纵向摆杆(1201)的延伸方向与两组所述压电陶瓷(1202)的变形方向所呈夹角大于或等于90°，所述柔性连接元件(1203)、两组所述压电陶瓷(1202)均与所述纵向摆杆(1201)的第一端侧壁相连接。
5.根据权利要求3或4所述的正交驱动的刚柔耦合高速机构，其特征在于，每组所述压电陶瓷(102、1202)均包含至少一个压电陶瓷单元。
6.根据权利要求5所述的正交驱动的刚柔耦合高速机构，其特征在于，还包括横向固定杆(6)，所述横向固定杆(6)、所述纵向驱动杆(3)、所述横向驱动杆(11)均相互垂直，所述横向固定杆(6)一端连接于所述位移输出元件(5)的外壁，所述横向固定杆(6)另一端用于连接机架(7)。
7.根据权利要求6所述的正交驱动的刚柔耦合高速机构，其特征在于，还包括纵向连接件(2)、横向连接件(9)，所述纵向连接件(2)与所述横向连接件(9)结构相同，其中所述纵向连接件(2)设置于所述纵向驱动杆(3)上，所述横向连接件(9)设置于所述横向驱动杆(11)上，所述纵向摆杆(101、1201)与所述纵向连接件(2)相连接，所述横向致动组件(8、13)的横向摆杆与所述横向连接件(9)相连接。
8.根据权利要求7所述的正交驱动的刚柔耦合高速机构，其特征在于，还包括纵向阻尼器(4)、横向阻尼器(10)，所述纵向驱动杆(3)与所述纵向阻尼器(4)相连接，所述横向驱动杆(11)与所述横向阻尼器(10)相连接。
9.根据权利要求8所述的正交驱动的刚柔耦合高速机构，其特征在于，所述纵向阻尼器(4)、所述横向阻尼器(10)均为管状阻尼器，所述纵向阻尼器(4)、所述横向阻尼器(10)的外壁均与所述机架(7)相连接，所述纵向驱动杆(3)穿过所述纵向阻尼器(4)与所述纵向阻尼器(4)相连接，所述横向驱动杆(11)穿过所述横向阻尼器(10)与所述横向阻尼器(10)相连接。
10.根据权利要求9所述的正交驱动的刚柔耦合高速机构，其特征在于，各所述压电陶瓷单元前后排布或左右排布。
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