CN1887686A - 面向ic封装的两自由度气浮精密定位平台 - Google Patents

Abstract

本发明属于MEMS加工制造领域。面向IC封装的两自由度气浮精密定位平台，采用X向直线音圈电机驱动解耦平台，通过气浮解耦机构驱动X向定位平台沿X向运动。Y向定位平台通过Y向气浮导轨与基座连接，X向定位平台置于Y向定位平台上部，通过X向气浮导轨与Y向定位工作台固定。X向定位工作台和气浮解耦机构之间通过解耦联轴连接，气浮解耦机构固定于解耦平台上。采用音圈电机直接驱动，省去了中间传动环节。定位机构整体采用了气浮技术，降低了系统阻尼，能够有效的提高定位平台的定位精度，并达到较高的速度和加速度。本发明除适用于IC芯片封装外，还可用于MEMS器件的微连接和微组装。

Description

面向IC封装的两自由度气浮精密定位平台

                        技术领域

本发明属于MEMS加工制造领域，涉及两自由度的驱动系统，即两自由度笛卡尔坐标型气浮精密定位平台。

                        背景技术

“引线键合”作为IC封装的重要技术，其封装形式占IC封装的90％以上。随着芯片的微型化，其I/O密度大幅度提高，引线间距越来越小；面对更高生产效率的需求，对封装速度也提出了苛刻要求。因此，高速、高精密已成为引线键合设备的重要发展趋势。基于滚珠丝杠等传统伺服传动链，由于存在中间传动环节，使定位系统的运动惯量增加，导致系统的稳定时间、速度和加速度很难达到上述高精度要求。因此，基于新的驱动方式、结构形式，如低摩擦机构、动力学解耦机构等高速精密定位系统及其设计方法已成为IC封装装备的重要研究内容。曾有研究人员采用直线电机直接驱动，速度可达到160m/min以上，加速度可达2.5g以上，但目前存在的问题是，直线电机存在滞后、有限响应、有限加速度及速度不足等问题，不同程度限制了定位平台精度的提高。另外由于直线导轨的传动形式，使平台存在相对较大的摩擦力，限制了定位平台速度的提高。

鉴于此本发明提出了一种精密定位系统，这种装置的结构特点是采用气浮支撑技术和新型的气浮解耦结构，将驱动部件置于底座上，降低了机构的运动惯量和摩擦力，改善了系统的动态特性；同时采用音圈电机直接驱动，省去了中间传动环节，由于音圈电机在理论上具有无限分辨率，无滞后、高响应、高加速度、高速度、体积小、力特性好、控制方便等特点，直线光栅作为末端位置反馈，可以较好地保证系统的高速高精度。

                            发明内容

本发明的目的是提供一种由直线音圈电机直接驱动，采用气浮技术支撑，两自由度笛卡尔坐标型用于IC芯片封装的气浮精密定位平台。

本发明通过以下技术方案予以实现。面向IC封装的两自由度气浮精密定位平台(参考附图1～3)，具有基座1、Y向垫板2、Y向直线音圈电机3、Y向联轴机构4、Y向定位平台5、X向定位平台6、X向联轴机构7、X向直线音圈电机8、X向垫板9、解耦平台10、气浮解耦平台导轨11、Y向气浮导轨12、X向气浮导轨13、解耦联轴14和气浮解耦机构15等。X向直线音圈电机8和Y向直线音圈电机3均固定安装在基座1上，减轻了运动部件的重量，降低了惯量。Y向直线音圈电机3驱动Y向定位平台5沿Y向运动，X向定位平台6位于Y向定位平台5的上方与其一起运动，此时气浮解耦机构11的作用是解耦，从而使X向直线音圈电机8固定于基座1上不参与运动。采用X向直线音圈电机8驱动解耦平台10，此时，气浮解耦结构机构的作用是传递驱动力，通过气浮解耦机构15驱动X向定位平台6沿X向运动。Y向定位平台5通过Y向气浮导轨12与基座1采用螺栓固定连接。X向定位平台6置于Y向定位平台5上部，通过X向气浮导轨13与Y向定位工作台5连接。Y向定位平台5与Y向直线音圈电机3之间通过Y向联轴机构4相连，将Y向直线音圈电机3输出的直线运动直接传递到Y向定位平台5；X向定位平台6和气浮解耦机构15之间通过解耦联轴14连接，解耦联轴14作用是传递运动。气浮解耦机构15固定于解耦平台10上，解耦平台10通过气浮解耦平台导轨11与基座1连接。解耦平台10通过X向联轴机构7与X向直线音圈电机8连接，X向联轴机构7作用为传递运动。为保证音圈电机输出轴的精确高度，采用Y向垫板2调节Y向直线音圈电机3输出轴的高度；采用X向垫板9调节X向直线音圈电机8输出轴的高度。

以下对气浮解耦结构15作特别的说明。当X向定位平台6在Y向运动时，气浮解耦机构15作为一个滑块在Y向运动，X向直线音圈电机8固定于基座1上无运动。当X向定位平台6在X向运动时，气浮解耦机构15在X向承载，将X向直线音圈电机8的动力传递到X向定位平台6，Y向直线音圈电机3固定于基座1上无运动。气浮解耦机构15是应用气浮导轨的原理进行设计，由滑块16和导杆17组成(参考图3)，导杆17穿入滑块16，在滑块16圆周壁上开有双排均匀节流孔18。当滑块16在Y向运动时，其原理相当于导轨的滑动。当滑块16在X向承载时，对其承载能力进行校核，以保证结构的可靠性。

                            附图说明

附图1为两自由度气浮精密定位平台立体结构图。

附图2为气浮导轨支撑结构。

附图3为气浮解耦结构原理示意图。

                            具体实施方式

下面通过具体实施例并结合附图对本发明的结构做进一步的说明。

如图1所示，Y向定位平台5与Y向气浮导轨12之间、X向定位平台6与X向气浮导轨13之间、解耦平台10与气浮解耦平台导轨11之间、Y向气浮导轨12与基座1之间、X向气浮导轨13与Y向定位平台5之间、气浮解耦机构15与解耦平台10之间以及气浮解耦机构导轨11与基座1之间均采用螺栓固定连接。本发明为保证系统实现高速高精度运动，采用直线光栅尺(图中未示出)作为末端位置反馈元件进行伺服控制。Y向直线音圈电机3得到运动指令，输出直线运动，通过Y向联轴机构4驱动Y向定位平台5在Y方向上的运动，并带动其上的X向定位平台6在Y向运动。X向直线音圈电机8得到运动指令，输出直线运动，通过X向联轴机构7，驱动解耦平台10在X方向运动，解耦平台10上的气浮解耦机构15和解耦联轴14将运动传递到X向定位平台6，使其在X方向上运动，完成了X向定位平台的在X-Y平面的精确定位，也就完成了安装在X向定位工作台6上用于芯片封装的焊接头(图中未示出)在X-Y平面上的精确位置。

如图2所示，Y向气浮导轨12和X向气浮导轨13的支撑结构采用四滑块的对称布局，此结构不仅具有很好的稳定性能和良好的抗弯效果，而且四个滑块的并联关系增加了系统的刚度。为了在轴承间隙中形成一层具有一定承载能力和刚度的润滑气膜，在每个气浮导轨的滑块上开有均匀分布的节流孔。本实施例采用传统的双排孔小孔节流形式，能够达到较好的刚度，而且比较其他的节流孔(指多孔质节流)开发的成本较低。

本发明的有益效果在于：采用直线音圈电机直接驱动，省去了中间的传动环节，而且音圈电机具有无限分辨率，更具有无滞后、高响应、高速度及高加速度、体积小、力特性好、控制方便等特点，有效地提高了该定位装置的性能。定位机构整体采用了气浮技术，降低了系统阻尼，能够有效的提高定位平台的定位精度，并达到较高的速度和加速度。气浮解耦机构可将X向和Y向定位平台的驱动电机均放置在底座上，减轻了运动部件的重量，降低了惯量。而且X、Y定位工作台采用直线光栅尺作为末端位置反馈元件，保证系统实现高速高精度运动。本发明除适用于IC芯片封装外还可用于MEMS器件的微连接和微组装。

Claims (3)

1.面向IC封装的两自由度气浮精密定位平台，具有基座(1)、Y向垫板(2)、Y向直线音圈电机(3)、Y向联轴机构(4)、Y向定位平台(5)、X向定位平台(6)、X向联轴机构(7)、X向直线音圈电机(8)、X向垫板(9)，X向直线音圈电机(8)和Y向直线音圈电机(3)均固定安装在基座(1)上，由Y向直线音圈电机(3)驱动Y向定位平台(5)沿Y向运动，其特征在于采用X向直线音圈电机(8)驱动解耦平台(10)，通过气浮解耦机构(15)驱动X向定位平台(6)沿X向运动，Y向定位平台(5)通过Y向气浮导轨(12)与基座(1)连接，X向定位平台(6)置于Y向定位平台(5)上部，通过X向气浮导轨(13)与Y向定位工作台(5)连接，Y向定位工作台(5)与Y向直线音圈电机(3)之间通过Y向联轴机构(4)连接，X向定位工作台(6)和气浮解耦机构(15)之间通过解耦联轴(14)连接，气浮解耦机构(15)固定于解耦平台(10)上，解耦平台(10)通过气浮解耦平台导轨(11)与基座(1)连接，解耦平台(10)通过X向联轴机构(7)与X向直线音圈电机(8)相接。

2.按照权利要求1所述的面向IC封装的两自由度气浮精密定位平台，其特征在于采用Y向垫板(2)调节所述Y向直线音圈电机(3)输出轴的高度，采用X向垫板(9)调节X向直线音圈电机(8)输出轴的高度。

3.按照权利要求1所述的面向IC封装的两自由度气浮精密定位平台，其特征在于所述气浮解耦机构(15)由滑块(16)和导杆(17)组成，导杆(17)穿入滑块(16)，在滑块(16)圆周壁上开有节流孔(18)。

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