CN206595241U

CN206595241U - 一种晶圆级芯片封装对位XYθ纳米补偿装置

Info

Publication number: CN206595241U
Application number: CN201720289137.2U
Authority: CN
Inventors: 何思丰; 汤晖; 张凯富; 车俊杰; 陈创斌; 向晓彬; 邱迁; 叶朕兰; 张炳威; 李杰栋; 王江林; 高健; 陈新; 杜雪
Original assignee: Guangdong University of Technology
Current assignee: Guangdong University of Technology
Priority date: 2017-03-23
Filing date: 2017-03-23
Publication date: 2017-10-27
Anticipated expiration: 2027-03-23

Abstract

本实用新型实施例公开了一种晶圆级芯片封装对位XYθ纳米补偿装置，用于解决现有的XYθ三自由度位移补偿装置多采用3RRR并联装置而导致的行程小，所能够工作的范围小，控制复杂，需要较多的计算分析的技术问题。本实用新型实施例包括：输出平台、第八柔性铰链、解耦机构、位移机构、输入平台、压电陶瓷；解耦机构在以解耦机构为中心的正负X轴和正负Y轴四个方向均依次连接有位移机构、输入平台、压电陶瓷；解耦机构在X轴、Y轴方向上通过第八柔性铰链与输出平台连接；第八柔性铰链为直圆型铰链。

Description

一种晶圆级芯片封装对位XYθ纳米补偿装置

技术领域

本实用新型涉及晶圆级芯片封装技术领域，尤其涉及一种晶圆级芯片封装对位XYθ纳米补偿装置。

背景技术

芯片封装要求高精度以及多个自由度协同配合工作，特别是对于θ角位移这一自由度的需求极大。在微纳加工这一范畴，为了获得高精度常使用以压电陶瓷为驱动器，以柔性机构为框架的运动定位装置，其使用精度高，但是行程较小，不能满足大行程下的使用，因此采用了利用柔性机构作为位移补偿装置的宏微复合定位策略。其中，补偿装置的设计极为关键。

如图1和图2所示，现有的XYθ三自由度位移补偿装置多采用3RRR并联装置。其并联结构使得三自由度的控制相对困难，而且行程不足。具体如下：a)行程小，所能够工作的范围小；b)控制复杂，需要较多的计算分析。

实用新型内容

本实用新型实施例提供了一种晶圆级芯片封装对位XYθ纳米补偿装置，解决了现有的XYθ三自由度位移补偿装置多采用3RRR并联装置而导致的行程小，所能够工作的范围小，控制复杂，需要较多的计算分析的技术问题。

本实用新型实施例提供的一种晶圆级芯片封装对位XYθ纳米补偿装置，包括：

输出平台、第八柔性铰链、解耦机构、位移机构、输入平台、压电陶瓷；

解耦机构在以解耦机构为中心的正负X轴和正负Y轴四个方向均依次连接有位移机构、输入平台、压电陶瓷；

解耦机构在X轴、Y轴方向上通过第八柔性铰链与输出平台连接；

第八柔性铰链为直圆型铰链。

可选地，位移机构包括：第一铰链机构、放大输出平台、第二铰链机构；

输入平台与第一铰链机构、放大输出平台、第二铰链机构、解耦机构依次连接。

可选地，第一铰链机构包括杠杆、柔性铰链。

可选地，杠杆包括第一杠杆和第二杠杆。

可选地，柔性铰链包括第一柔性铰链、第二柔性铰链、第三柔性铰链、第四柔性铰链。

可选地，第一柔性铰链的一端与输入平台连接，第一柔性铰链的另一端与第一杠杆连接；

第一杠杆的一端还连接有第二柔性铰链，第一杠杆的另一端还依次连接有第三柔性铰链、第二杠杆、第四柔性铰链。

可选地，第四柔性铰链的另一端与放大输出平台连接。

可选地，第一柔性铰链为圆弧型铰链，第二柔性铰链为圆弧型铰链，第三柔性铰链为直圆型铰链，第四柔性铰链为直圆型铰链。

可选地，第二铰链机构包括第五柔性铰链、第六柔性铰链，放大输出平台与第五柔性铰链、第六柔性铰链依次连接。

可选地，第五柔性铰链为直梁型铰链，第六柔性铰链为圆弧型铰链。

从以上技术方案可以看出，本实用新型实施例具有以下优点：

本实用新型实施例提供了一种晶圆级芯片封装对位XYθ纳米补偿装置，包括：输出平台、第八柔性铰链、解耦机构、位移机构、输入平台、压电陶瓷；解耦机构在以解耦机构为中心的正负X轴和正负Y轴四个方向均依次连接有位移机构、输入平台、压电陶瓷；解耦机构在X轴、Y轴方向上通过第八柔性铰链与输出平台连接；第八柔性铰链为直圆型铰链，本实用新型实施例中将输出平台在X轴、Y轴方向上通过直圆型的第八柔性铰链与解耦机构连接，并且解耦机构在以解耦机构为中心的正负X轴和正负Y轴四个方向均依次连接有位移机构、输入平台、压电陶瓷，通过将压电陶瓷通电，在压电陶瓷通电伸长并带动输入平台运动后通过位移机构进行位移放大，最后使得补偿装置充分利用柔性铰链的变形，从而实现XY方向以及XYθ方向上的解耦，且三个自由度互不影响，解决了现有的XYθ三自由度位移补偿装置多采用3RRR并联装置而导致的行程小，所能够工作的范围小，控制复杂，需要较多的计算分析的技术问题。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本实用新型实施例提供的现有技术中的并联装置的结构示意图；

图2为本实用新型实施例提供的现有技术中的并联装置的结构分析示意图；

图3为本实用新型实施例提供的一种晶圆级芯片封装对位XYθ纳米补偿装置的结构示意图；

图4为本实用新型实施例提供的一种晶圆级芯片封装对位XYθ纳米补偿装置的装配结构示意图；

图5为本实用新型实施例提供的一种晶圆级芯片封装对位XYθ纳米补偿装置在X轴方向运动仿真示意图；

图6为本实用新型实施例提供的一种晶圆级芯片封装对位XYθ纳米补偿装置在Y轴方向运动仿真示意图；

图7为本实用新型实施例提供的一种晶圆级芯片封装对位XYθ纳米补偿装置在θ方向运动仿真示意图。

图示说明，1第一杠杆，2第二柔性铰链，3第一柔性铰链，4输入平台，5放大输出平台，6第四柔性铰链，7第二杠杆，8第三柔性铰链，9第五柔性铰链，10第六柔性铰链，11第八柔性铰链，12第七柔性铰链，13解耦机构，14输出平台。

具体实施方式

本实用新型实施例提供了一种晶圆级芯片封装对位XYθ纳米补偿装置，用于解决现有的XYθ三自由度位移补偿装置多采用3RRR并联装置而导致的行程小，所能够工作的范围小，控制复杂，需要较多的计算分析的技术问题。

请参阅图3和图4，本实用新型实施例提供的一种晶圆级芯片封装对位XYθ纳米补偿装置，包括：

输出平台14、第八柔性铰链11、解耦机构13、位移机构、输入平台4、压电陶瓷；

解耦机构13在以解耦机构13为中心的正负X轴和正负Y轴四个方向均依次连接有位移机构、输入平台4、压电陶瓷；

解耦机构13在X轴、Y轴方向上通过第八柔性铰链11与输出平台14连接；

第八柔性铰链11为直圆型铰链。

需要说明的是，解耦机构13还包括有第七柔性铰链12，解耦机构13可以分为左右两个解耦部分，且左右两部分的解耦机构13之间通过第七柔性铰链12进行连接，其中第七柔性铰链12为圆弧型铰链。

进一步地，位移机构包括：第一铰链机构、放大输出平台5、第二铰链机构；

输入平台4与第一铰链机构、放大输出平台5、第二铰链机构、解耦机构13依次连接。

进一步地，第一铰链机构包括杠杆、柔性铰链。

进一步地，杠杆包括第一杠杆1和第二杠杆7。

进一步地，柔性铰链包括第一柔性铰链3、第二柔性铰链2、第三柔性铰链8、第四柔性铰链6。

进一步地，第一柔性铰链3的一端与输入平台4连接，第一柔性铰链3的另一端与第一杠杆1连接；

第一杠杆1的一端还连接有第二柔性铰链2，第一杠杆1的另一端还依次连接有第三柔性铰链8、第二杠杆7、第四柔性铰链6。

进一步地，第四柔性铰链6的另一端与放大输出平台5连接。

进一步地，第一柔性铰链3为圆弧型铰链，第二柔性铰链2为圆弧型铰链，第三柔性铰链8为直圆型铰链，第四柔性铰链6为直圆型铰链。

进一步地，第二铰链机构包括第五柔性铰链9、第六柔性铰链10，放大输出平台5与第五柔性铰链9、第六柔性铰链10依次连接。

进一步地，第五柔性铰链9为直梁型铰链，第六柔性铰链10为圆弧型铰链。

为便于理解，以下将对本实用新型实施例提供的晶圆级芯片封装对位XYθ纳米补偿装置的工作原理进行详细的描述。

首先对其工作原理进行分析：

压电陶瓷连接电源，在电源作用下压电陶瓷伸长，带动输入平台4运动，第一杠杆1通过第一柔性铰链3的拉动，在杠杆输入端输入相应的初始位移，且在第二柔性铰链2的作用下执行杠杆位移放大，由于第二杠杆7和第三铰链8的连接，使第二杠杆7得到一个输入位移，并且在第二铰链2的作用下最终输出位移带动第三铰链8运动，通过位移的传递以及第四铰链6的形变，最终放大输出平台5得到一个较大的位移输出，第五铰链9和第六铰链10在放大输出平台5的作用下，使得解耦机构13得到一个位移，并通过第八铰链11产生形变最终在输出平台14上输出一个较大的位移输出。

需要说明的是，圆弧型柔性铰链的运动精度较高，但转动范围相对较小；直梁型柔性铰链有较大的转动范围，但运动精度较差；直圆型柔性铰链特点为传力稳定，输出精确。因此在设计多级位移放大器的时候，在需要较大转动范围的地方选用直梁型柔性铰链，在需要较高运动精度的地方选用圆弧型柔性铰链，在需要兼顾运动精度和传力精度的地方选用采用直圆型的柔性铰链。

具体运动模式分析：

当需要输出一个X方向上的位移时，压电陶瓷1或压电陶瓷2接通电源，在电源作用下压电陶瓷1或压电陶瓷2伸长并带动输入平台4运动，通过X方向上的位移机构最终在输出平台14上输出一个X方向上的位移放大。

当需要输出一个Y方向上的位移时，压电陶瓷3或压电陶瓷4接通电源，其原理同上，最终在输出平台14上输出一个Y方向上的位移。

当需要输出一个θ方向上的位移时，使得压电陶瓷1、压电陶瓷2、压电陶瓷3、压电陶瓷4同时接通电源，在X方向和Y方向上通过位移机构，最终在输出平台14上同时产生相互作用的X方向和Y方向位移，使得输出平台14转动，实现θ方向上的位移输入。

并且整个机构充分利用第五柔性铰链9、第六柔性铰链10、第八柔性铰链11、第七柔性铰链12的变形，使整个机构能够实现XY方向以及XYθ的解耦，三个自由度不互相影响。

请参阅图5至图7，分别为通过ANSYS在X、Y、θ的三个方向上的运动分析仿真图。

以上对本实用新型所提供的一种晶圆级芯片封装对位XYθ纳米补偿装置进行了详细介绍，对于本领域的一般技术人员，依据本实用新型实施例的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本实用新型的限制。

Claims

1.一种晶圆级芯片封装对位XYθ纳米补偿装置，其特征在于，包括：

所述解耦机构在以所述解耦机构为中心的正负X轴和正负Y轴四个方向均依次连接有位移机构、输入平台、压电陶瓷；

所述解耦机构在X轴、Y轴方向上通过所述第八柔性铰链与所述输出平台连接；

所述第八柔性铰链为直圆型铰链。

2.根据权利要求1所述的晶圆级芯片封装对位XYθ纳米补偿装置，其特征在于，所述位移机构包括：第一铰链机构、放大输出平台、第二铰链机构；

所述输入平台与所述第一铰链机构、所述放大输出平台、所述第二铰链机构、所述解耦机构依次连接。

3.根据权利要求2所述的晶圆级芯片封装对位XYθ纳米补偿装置，其特征在于，所述第一铰链机构包括杠杆、柔性铰链。

4.根据权利要求3所述的晶圆级芯片封装对位XYθ纳米补偿装置，其特征在于，所述杠杆包括第一杠杆和第二杠杆。

5.根据权利要求4所述的晶圆级芯片封装对位XYθ纳米补偿装置，其特征在于，所述柔性铰链包括第一柔性铰链、第二柔性铰链、第三柔性铰链、第四柔性铰链。

6.根据权利要求5所述的晶圆级芯片封装对位XYθ纳米补偿装置，其特征在于，所述第一柔性铰链的一端与所述输入平台连接，所述第一柔性铰链的另一端与所述第一杠杆连接；

所述第一杠杆的一端还连接有第二柔性铰链，所述第一杠杆的另一端还依次连接有所述第三柔性铰链、所述第二杠杆、所述第四柔性铰链。

7.根据权利要求6所述的晶圆级芯片封装对位XYθ纳米补偿装置，其特征在于，所述第四柔性铰链的另一端与所述放大输出平台连接。

8.根据权利要求7所述的晶圆级芯片封装对位XYθ纳米补偿装置，其特征在于，所述第一柔性铰链为圆弧型铰链，所述第二柔性铰链为圆弧型铰链，所述第三柔性铰链为直圆型铰链，所述第四柔性铰链为直圆型铰链。

9.根据权利要求2所述的晶圆级芯片封装对位XYθ纳米补偿装置，其特征在于，所述第二铰链机构包括第五柔性铰链、第六柔性铰链，所述放大输出平台与所述第五柔性铰链、所述第六柔性铰链依次连接。

10.根据权利要求9所述的晶圆级芯片封装对位XYθ纳米补偿装置，其特征在于，所述第五柔性铰链为直梁型铰链，所述第六柔性铰链为圆弧型铰链。