DD154146A1

DD154146A1 - DEVICE FOR PIEZOELECTRIC POSITIONING

Info

Publication number: DD154146A1
Application number: DD22560280A
Authority: DD
Inventors: Peter Dittrich; Lothar Mueller; Werner Scheler; Udo Battig
Original assignee: Peter Dittrich; Lothar Mueller; Werner Scheler; Udo Battig
Priority date: 1980-12-01
Filing date: 1980-12-01
Publication date: 1982-02-24
Also published as: DD154146B1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur piezoelektrischen Positionierung insbesondere fuer die Herstellung von Halbleiterbauelementen unter Verwendung von Piezoverstellelementen. Ziel der Erfindung ist es, eine schnelle und genau arbeitende piezoelektrische Positioniereinrichtung zu schaffen, die bei kleinen Abmessungen einen fuer Piezoverstellelemente grossen Verstellbereich im Mikrometer -oder Zehntelmillimeterbereich besitzt und moeglichst unempfindlich gegenueber von aussen einwirkenden Belastungen ist. Die Piezoverstellelemente bestehen jeweils aus einem Grundkoerper, welcher durch ein federndes Element und einem Piezokoerper mit einem Abtriebshebel verbunden ist. Zwei solcher Piezoverstellelemente bilden in Reihe geschaltet ein Elementenpaar, und in der Regel jeweils drei Elementenpaare werden in sternfoermiger oder polygoner Anordnung zwischen einer Grundplatte und einer Abtriebsplatte befestigt.The invention relates to a device for piezoelectric positioning, in particular for the production of semiconductor devices using Piezoverstellelementen. The aim of the invention is to provide a fast and accurate piezoelectric positioning device, which has a large adjustment range in the micrometer - or tenths of a millimeter range for small displacement piezoelectric actuators and is as insensitive to external loads as possible. The piezoverstellelemente each consist of a basic body, which is connected by a resilient element and a piezoelectric body with a driven lever. Two such piezoverstellelemente connected in series form a pair of elements, and usually three pairs of elements are fixed in sternfoermiger or polygonal arrangement between a base plate and an output plate.

Description

Pitel der Erfindung; - · Pitel of the invention; - ·

Liiirichtung zur piezoelektrischen PositionierungLiiirichtung for piezoelectric positioning

[J) ' [J) ' Anwendungsgebiet der ErfindungField of application of the invention

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur piezoelektrischen Positionierung insbesondere für die Herstellung von Halbleiterbauelementen unter Verwendung von Piezovsrstell-,' elementen. Sie gestattet bei relativ kleiner Baugröße eine schnelle und genaue Positionierung im Mikrometer- oder Zehntelmillimeterbereich. Solche Einrichtungen können vorteilhaft überall dort eingesetzt werden, v/o hohe Forderungen an Genauigkeit und Produktivität von Geräten gestellt werden.The invention relates to a device for piezoelectric positioning, in particular for the production of semiconductor devices using Piezovsrstell- 'elements. It allows a quick and accurate positioning in the micrometer or tenths of a millimeter range in a relatively small size. Such devices can advantageously be used everywhere where high demands are placed on the accuracy and productivity of devices.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen Gegenwärtig sind verschiedene Lösungen bekannt, bei denen für Verstelleinrichtungen Piezoelemente eingesetzt werden, J welche beim Anlegen einer Steuerspannung ihre Dicke oder Länge ändern, oder sich durchbiegen. Aufgrund der physikalischen Eigenschaften der Piezoelemente können dabei, bei konstruktiv sinnvoller Abmessung, nur Verstellbereiche 13 Mikrometerbereich realisiert werden. Characteristics of the known technical olutions At present are known different solutions, which are used for adjusting the piezo elements, J which change upon application of a control voltage the thickness or length or to flex. Due to the physical properties of the piezoelectric elements, it is possible, with constructively meaningful dimensions, to realize only adjustment ranges of 13 micrometer range.

Es ist auch'bekannt, zur Vergrößerung der Verstellwege, oder Verstellkräfte mehrere solcher Elemente in Reihe oder parallel zu schalten, oder auch mechanische Getriebe, insbesondere Hebelanordnungen einzusetzen. Bei deren Einsatz besteht der Nachteil, daß einzelne Versteüeleiaente-nicht die notwendige Stabilität aufweisen, um zu verstellende Teile, insbesondere wenn deren Masse viel größer als die der Verstellelemente . ist, präzise zu führen. Zudem erweist sich als Nachteil, daß beim Einsatz mehrerer solcher mechanischer Verstellelemente,It is also 'known, to increase the adjustment, or adjusting several such elements in series or in parallel, or to use mechanical gear, in particular lever assemblies. When used, there is the disadvantage that individual Versteüeleiaente-not have the necessary stability to be adjusted parts, especially if their mass is much greater than that of the adjusting. is to lead precisely. In addition, proves to be a disadvantage that when using several such mechanical adjusting elements,

-Z--Z-

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die gleichzeitig εη dem zu bewegenden Teil angreifen und dessen Lage bestimmen, kein ausreichender Gleichlauf über längere Zeiten erzielt werden kann· Es werden deshalb zusätzlich Führungen eingesetzt, wobei der konstruktiv notwen- ' dige Platzbedarf insbesondere für die Bauhöhe der Verstelleinrichtung wesentlich steigt·at the same time εη attack the part to be moved and determine its position, sufficient synchronism over longer times can not be achieved · It is therefore additionally used guides, the structurally necessary space requirements, in particular for the overall height of the adjustment significantly increases ·

Ziel der Erfindung Aim of the invention

Ziel der Erfindung ist es, eine schnelle und genau arbeitende piezoelektrische Positioniereinrichtung zu schaffen, die bei kleinen Abmessungen einen für Piezoverstellelemente großen Verateilbereich im Mikrometer- oder Zehntelmillinisterbereich besitzt, möglichst stabil gegenüber von außen einwirkenden schwingenden oder stoßförmigen Belastungen ist, einen im wesentlichen linearen Zusammenhang zwischen der Verstellung und der SteuerSpannungsänderung besitzt und geringe Verschiebungen quer zur Bewegungsrichtung aufweist. Die Positioniereinrichtung soll insbesondere eine geringe Bauhöhe besitzen und es in spezieller Ausführungaform gestatten, die Abtriebsplatte gegenüber der Grundplatte zu kippen«, Sie soll außerdem als Bestandteil einer. Steuer- und Regeleinrichtung mit geringer Zeitkonstante arbeiten·The aim of the invention is to provide a fast and accurate piezoelectric positioning device, which has a large Verateilbereich in micrometre or Zehntelmillinisterbereich with small dimensions, as stable as possible against externally acting oscillating or shock loads, a substantially linear relationship between has the adjustment and the control voltage change and has small displacements transverse to the direction of movement. The positioning should in particular have a low height and allow it in a special execution form to tilt the output plate relative to the base plate, "It should also be part of a. Control device with low time constant work ·

!Darlegung des Wesens der Erfindung·Statement of the essence of the invention

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zur piezoelektrischen Positionierung, insbesondere für dis Herstellung von Halbleiterbauelementen, unter Verwendung von Piezoverstellelementen zu schaffen, von denen jedes aus einem Grundkörper besteht, welcher durch ein federrxdes Element und mindestens einen Piezokörper mit einem Abtriebhebel verbunden ist. Erfindungsgemäß wird die. Aufgabe dadurch gelöst, daß in der Regel jeweils drei solcher.Verstellelemente in sternförmiger oder polygoner Anordnung bezüglich einer Achse in Richtung der Positionierung mit ihren Grundkörpern auf einer Grundplatte befestigt sind· Auf die Abtriebshebel jedes dieser Piezoverstellelemente stützen sich die Abtriebshebel jeweils eines zweiten Piezoverstellelementes ab und bilden soThe invention has for its object to provide a device for piezoelectric positioning, in particular for dis production of semiconductor devices, using Piezoverstellelementen, each of which consists of a base body which is connected by a federrxdes element and at least one piezoelectric body with a driven lever. According to the invention. Task solved by the fact that in each case three such.Verstellelemente are fixed in a star-shaped or polygonal arrangement with respect to an axis in the direction of positioning with their bodies on a base plate · The output lever of each of these Piezoverstellelemente the output lever is based in each case a second piezoverstellelementes and form that way

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ein Verstellelementenpaar. Die Grundkörper der zweiten Piezoverstellelemente sind mit einer Abtriebsplatte verbunden· Vorteilhaft ist, die Verstellelementenpaare so anzuordnen, daß ihre Abstutzpunkte gleiche Abstände von einander haben. Bei den Piezoverstellelementen ändert sich beim Anlegen einer Steuerspannung die Länge des Piezokörpers, und der Abtriebshebel führt angenähert eine Verstellbewegung um einen Dreh- · punkt aus· Dabei wird ein gegenüber der linearen Ausdehnung des Piezokörpers wesentlich vergrößerter Verstellwag erzielt· Durch Reihenschaltung jeweils zweier solcher Piezoverstellelemente wird eine Verdopplung des Verstellweges erzielt, und wenn sie deckungsgleich übereinander liegen, weitestgehend eine unerwünschte zusätzliche Bewegung quer zur Führungsrichtung kompensiert.an adjusting element pair. The basic body of the second piezoverstellelemente are connected to an output plate. It is advantageous to arrange the Verstellelementenpaare so that their Abstutzpunkte have equal distances from each other. When Piezoverstellelementen changes when creating a control voltage, the length of the piezoelectric body, and the output lever performs approximately an adjustment about a rotational point · It is compared to the linear extent of the piezoelectric body significantly enlarged Verstellwag achieved by series connection of two such Piezoverstellelemente achieved a doubling of the adjustment, and if they are congruent to each other, compensated as far as possible unwanted additional movement transversely to the guide direction.

Werden die jeweiligen zwei Piezoverstellelemente eines Versteileletnentenpaares mit ihren Abtriebshebeln einander zugewandt angeordnet, ergibt sich der Vorteil, daß bei einer Bewegung der Abtriebsplatte von der Grundplatte weg eine Ausdehnung der einzelnen Piezokörper erfolgen muß. Damit werden die Einspannstellen der Piezokörper, welche beispielsy/eise in die Grundkörper und Abtriebshebel eingeklebt sind, günstigerweise auf Druck beansprucht·If the respective two piezoverstellelemente a Versteileletnentenpaares arranged with their output levers facing each other, there is the advantage that in a movement of the output plate of the base plate away an expansion of the individual piezoelectric body must be done. Thus, the clamping points of the piezoelectric bodies, which for example are glued into the base body and output levers, are advantageously subjected to pressure.

Eine andere Möglichkeit besteht darin, die Piezoelemente eines VerstelLelementenpaares mit ihren Piezokörpern einander zugewandt anzuordnen.Another possibility is to arrange the piezoelectric elements of an adjusting element pair with their piezoelectric bodies facing each other.

Bei diesen beiden Möglichkeiten werden jeweils beide Piezoverstellelemente eines Verstellelementenpaares beim Einleiten einer Verstellbewegung mit einer Änderung der Ansteuerspan- _; nung in der gleichen Richtung beauflagt· In einer dritten Variante ist die Anordnung der zwei Piezoverstellelemente ί· eines Verstellelementenpaares in der Form, daß der Piezokörper des einen Piezoverstellelementes den Abtriebshebel des gegenüberliegenden Piezoverstellelementes zugewandt ist· Beim Einleiten einer "Verstellbewegung erfolgt hieYbei eine Änderung der Ansteuerspannung jeweils für beide Piezoverstellelemente in entgegengesetzter Richtung. Eine Versorgung allerIn these two options both Piezoverstellelemente a Verstellelementenpaares when initiating an adjustment with a change in the Ansteuerspan- _; In a third variant, the arrangement of the two piezoverstellelemente ί · an Verstellelementenpaares in the form that the piezoelectric body of a piezoverstellelementes the output lever of the opposite Piezoverstellelementes faces · When initiating a "adjusting movement takes place hieYbei a change in the control voltage each for both Piezoverstellelemente in the opposite direction

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Verstellelemente der Einrichtung mit jeweils der gleichen Ansteuerspannung hat eine Positionierung der Abtriebsplatte parallel zur Grundplatte zur Folge, was z.B. bei einer zusätzlichen Pührung der Abtriebsplatte· ausreichend ist. V/erden die einzelnen Verstellelementenpaare separat mit einer unterschiedlichen Ansteuerspannung versorgt, ist eine gezielte Verkippung der Abtriebsplatte möglich, um z.B. Keilfehler einer zu positionierenden Substratplatte oder Ablauffehler bei möglicher Verstellung der Einrichtung senkrecht zur Achse in Richtung der Positionierung auszugleichen.Adjustment elements of the device, each with the same drive voltage results in a positioning of the output plate parallel to the base plate, resulting e.g. is sufficient with an additional Pührung the output plate ·. If the individual pairs of adjusting elements are supplied separately with a different drive voltage, a targeted tilting of the output plate is possible in order, for example, to use a different drive voltage. To compensate wedge error of a substrate plate to be positioned or procedural errors in case of possible adjustment of the device perpendicular to the axis in the direction of positioning.

Die Kopplung der beiden Piezoverstellelemente eines Verstellelementenpaares kann über Blattfedern erfolgen, welche in Richtung der Längsachse der Piezoverstellelemente elastisch wirken und in der Positionierrichtung und in der Richtung quer zur Längsachse eine hohe Steifigkeit besitzen» Damit hat die Einrichtung eine hohe Stabilität gegenüber äußeren Belastungen.The coupling of the two piezoverstellelemente a Verstellelementenpaares can be done by leaf springs which act elastically in the direction of the longitudinal axis of the piezoelectric displacement and in the positioning and in the direction transverse to the longitudinal axis have a high rigidity »Thus, the device has a high stability against external loads.

Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform ist, daß ein Piezoverstellelement eines Verstelleiernentenpaares jeweils eine . Kugel in einer kegeligen Vertiefung oder einen Stift mit einem Kugelkopf am Abtriebsglied trägt, welche sich im gegenüberliegenden Abtriebsglied in einer Nut abstützt. Die Nuten verlaufen zweckmäßigerweise so, daß ihre gedachten Verlängerungen in einem Punkt, in der Achse in Richtung der Positionierung, zusammentreffen.A further advantageous embodiment is that a piezoverstellelement a Verstelleiernentenpaares each one. Ball carries in a conical recess or a pin with a ball on the output member, which is supported in the opposite output member in a groove. The grooves are expediently such that their imaginary extensions coincide at a point in the axis in the direction of the positioning.

Ebenso können bei drei Verstellelementenpaaren die der Kugel oder dem Stift gegenüberliegenden Abtriebsglieder je eine Fläche, eine kegpelige Vertiefung und eine Nut sein_? wobei die Nut in ihrer gedachten Verlängerung durch die kegelige Vertiefung verläuft.Likewise, in three Verstellelementenpaaren the ball or the pin opposite output members can each be a surface, a kegpelige recess and a groove _? wherein the groove extends in its imaginary extension through the conical depression.

Eine Anordnung von drei deckungsgleichen Verstellelementenpaaren kann vorteilhaft auch so erfolgen, daß die Verbindungslinien zwischen den Abstützpunkten des ersten und zweiten und dritten Veratellelement-enpaares eineny·Winkel von 90° einschließen und gleich lang sind.An arrangement of three congruent Verstellelementenpaaren can advantageously also be such that the connecting lines between the support points of the first and second Veratellelement and enpaares einy include · angle of 90 ° and are the same length.

Zur Erzielung einer Positionierung, welche eine minimale seitliche Ablage hat-werden drei Verstellelementenpaare mit . 3693To achieve a positioning, which has a minimal lateral shelf-three Verstellelementenpaare with. 3693

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einer DoppelmembranfUhrung kombiniert. Dabei kann die Baugröße, speziell die Bauhöhe gering gehalten werden dadurch, daß drei erste Piezoverstellelemente dreieckförmig um einen äußeren Führungszylinder angeordnet sind und drei zweite Piezoverstellelemente mit ihrer Längsachse konzentrisch zur Achse in Richtung der Positionierung durch Ausbrüche im äußeren und einem inneren Führungszylinder zwischen den beiden Membranen ragen. Die zweiten Piezoverstellelemente sind mit ihren Grundkörpern mit einer als Flansch ausgebildeten Abtriebsplatte verschraubt. Die Bewegung wird von dem Abtriebsflansch durch einen Taumel3tift auf den inneren Füh-. rungszylinder übertragen, auf welchem das zu positionierende Objekt befestigt ist.a DoppelmembranfUhrung combined. The size, especially the height can be kept low in that three first Piezoverstellelemente are arranged triangular about an outer guide cylinder and three second Piezoverstellelemente with its longitudinal axis concentric to the axis in the direction of positioning by outbreaks in the outer and an inner guide cylinder between the two membranes protrude. The second Piezoverstellelemente are bolted with their basic bodies with a drive plate designed as a flange. The movement is from the output flange by a Taumel3tift on the inner Füh-. transfer cylinder, on which the object to be positioned is attached.

Ausführungsbeispiel . Embodiment .

_ΛDie,Erfindung wird nachstehend anhand der schematischen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:The _Λ, the invention will be explained in detail hereinafter with reference to the schematic drawings. Show it:

Fig. 1: ein Ausführungsbeispiel eines Piezoverstellelementes Fig. 2: eine erfindungsgemäße Positioniereinrichtung Fig. 3: eine Ansicht im Schnitt A-A der in Fig. 2 dargestellten Positioniereinrichtung1: an embodiment of a piezo-displacement element FIG. 2: a positioning device according to the invention FIG. 3: a view in section A-A of the positioning device shown in FIG

Fig. 4: eine Möglichkeit der Anordnung der Elementenpaare Fig. 5: eine weitere Möglichkeit der Anordnung der ElementenpaareFig. 4: a possibility of the arrangement of the element pairs Fig. 5: a further possibility of the arrangement of the element pairs

Fig. 6: eine zweite erfindung3gemäße Positioniereinrichtung Fig. 7: eine Daraufsicht der in Fig. 6 gezeigten Positioniereinrichtung ohne obere Platte .Fig. 8: eine Schnittdarstellung der Positioniereinrichtung nach Fig. 6 ohne obere Platte6 shows a second positioning device according to the invention FIG. 7 shows a top view of the positioning device shown in FIG. 6 without top plate FIG. 8: a sectional view of the positioning device according to FIG. 6 without top plate

In Figur 1^st ein Grundkörper 1 durch ein Blattfedergelenk 2 mit einem Abtriebshebel 3 verbunden. Im Grundkröper 1 und im Abtriebshebel 3 ist ein Piezokörper 4, welcher aus mehreren Elementen bestehen kann, 3.B. dyrch«Kleben, befestigt. .Der Piezdkörpe*r 4 1st in elestisches Material 5, vorzugsweise •Siliconkautschuk, eingebettet» Beim Ändern einer Ansteuerspannung, mit welcher der Piezokörper 4 beauflagt ist, ändert der Piezokörper seine Länge. Dabei kann aufgrund der Hebelwir-In FIG. 1, a main body 1 is connected to a driven lever 3 by a leaf spring joint 2. In the basic body 1 and in the output lever 3 is a piezoelectric body 4, which may consist of several elements, 3.B. dyrch "sticking, fastened. .The piezoelectric body * r 4 is in elestisches material 5, preferably • silicone rubber, embedded »When changing a drive voltage with which the piezoelectric body 4 is charged, the piezoelectric body changes its length. Due to the leveraged

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! . — D — ! , - D -

kung in Richtung des Pfeiles 6 eine Verschiebung ebgenoinmen werden, die entsprechend dem Verhältnis der Abtriebshebellänge zum Abstand zwischen der Einspannstelle des Piezokörpers 4 und dem Drehpunkt größer ist als die Längenänderung des Piezokörpers 4.kung in the direction of arrow 6 be a shift ebgenoinmen corresponding to the ratio of the output lever length to the distance between the clamping point of the piezoelectric body 4 and the pivot point is greater than the change in length of the piezoelectric body. 4

In Pig. 2 sind ,jeweils drei erste Piezoverstellelemente 15 mit einer Grundplatte 17 und drei zweiten Piezoverstellelemente 16 mit einer Abtriebsplatte 22 verschraubt. Die sich jeweils gegenüber liegenden ersten und zweiten Piezoverstellelernente 15 und 16 bilden Elernentenpaare 14 und stützen sich mittels Blattfedern 21, welche durch KLemmstUcke 20 und Schrauben 19 an den Abtriebshebeln 3 der Piezoversteilelemen- te 15, 16 befestigt sind, in Abstützpunkten 10 aufeinander ab. Die Blattfedern besitzen parallel zu einer Achse in Richtung der Positionierung 25 eine hohe Steifigkeit und sind parallel zu den Längsachsen der Piezoverstellelemente 15, elastisch«In Pig. 2, in each case three first piezoverstellelemente 15 are screwed to a base plate 17 and three second Piezoverstellelemente 16 with an output plate 22. The respectively opposite first and second piezo-adjusting elements 15 and 16 form pairs of elements 14 and are supported on one another by means of leaf springs 21, which are fastened to the output levers 3 of the piezostepositioning elements 15, 16 by clamping pieces 20 and screws 19. The leaf springs have a high rigidity parallel to an axis in the direction of the positioning 25 and are parallel to the longitudinal axes of the piezoverstellelemente 15, elastic «

Gemäß Pig· 3 sind die Elementenpaare 14 dreissksförniig auf der Grundplatte 17 befestigt. Die ersten und zweiten Piezoverstellelemente 15, 16 sind so angeordnet, daß dia Piezckörper 4 einander zugewandt sind. Die Anschraubpunkte der Grundkörper 1 jedes Elementenpaares 14 liegen übereinander«. Die Stabilität der Einrichtung wird erhöht, wenn die Abstützpunkte 10 der Abtriebshebel 3 der Piezoverstellelesente 15, 16 gleiche und möglichst große Abstände voneinander und von der A.chse in Richtung der Positionierung 25 haben. Beim Ändern der Ansteuerspannung der PiezoverstelLslements 15, 16 bewegen sich je nach Polarität die Grundkörper 1 entweder aufeinander zu, oder voneinander weg, so daß sich die Verschiebungen addieren und sich der aufgrund der kreisförmigen Bewegung ergebende Versatz in Richtung der Längsachse der Piezoverstellelemente 15, 16 gegenseitig aufhebt. Wird für die einzelnen Elementenpaare 14 die Ansteuerspannung unterschiedlich geändert, kann eine gezielte Verkippung der Abtriebsplatte 22 erreicht werden.According to Pig * 3, the pairs of elements 14 are mounted dreissksförniig on the base plate 17. The first and second Piezoverstellelemente 15, 16 are arranged so that dia Piezckörper 4 facing each other. The attachment points of the base body 1 of each pair of elements 14 are superimposed. The stability of the device is increased when the support points 10 of the output levers 3 of the piezo-adjusting elements 15, 16 have the same and the greatest possible distances from each other and from the axis in the direction of the positioning 25. When changing the driving voltage of the piezometric elements 15, 16 move depending on the polarity of the base body 1 either towards each other or away from each other, so that add the shifts and the resulting due to the circular motion offset in the direction of the longitudinal axis of the piezoelectric displacement elements 15, 16 each other picks. If the drive voltage for the individual element pairs 14 changed differently, a targeted tilting of the output plate 22 can be achieved.

Eine andere Möglichkeit der Anordnung der Elementenpaare ist in Fig. 4 dargestellt. Hier sind die Piezoverstellelemente 15, 16 sternförmig angeordnet und zur Kopplung zwi- .Another possibility of arranging the pairs of elements is shown in FIG. 4. Here, the piezoverstellelemente 15, 16 are arranged in a star shape and for coupling between.

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sehen den jeweils ersten und zweiten sich in den Abstützpunkten 10 aufeinander abstützenden Piezoverstellelementen 15» 16 werden Kugeln eingesetzt» Diese befinden sich nach den bekannten Prinzipien zwangsfreier Dreipunkteauflagen entweder wie dargestellt in drei V-förniigen Nuten 23 odersee the respective first and second in the supporting points 10 mutually supporting piezoverstellelementen 15 »16 balls are used» These are according to the known principles of non-positive three-point pads either as shown in three V-shaped grooves 23 or

* zwischen drei verschiedenen Auflagen, wie einer kegelförmigen Senkung 24» einer V-Nut 23 und einer Planplatte 27-Diese Variante ist in Fig· 5 dargestellt·between three different supports, such as a conical depression 24 "of a V-groove 23 and a plane plate 27-this variant is shown in FIG. 5.

Die Kugeln werden entweder durch Käfige· gehalten oder fest mit jeweils einem der beiden Piezoverstellelemente 15, 16 verbunden, oder sind BestandtiBil von diesen· The balls are held either by cages or firmly connected to respectively one of the two piezo-displacement elements 15, 16, or are part of these.

_Λ In Pig· 5 ist eine Möglichkeit dargestellt, die Piezoverstell- _Λ In Pig x 5 one possibility is shown that Piezoverstell-

-^ elemente 15, 16 so anzuordnen* daß die Verbindungslinien zwischen den Abstützpunkten 10 einen Winkel von 90° einschließen· Damit wird eine Entkoppelung der Kippbewegung erreicht, womit die Ansteuerung und Regelung für eine gezielte Kippung : · -. der Abtriebsplatte 22 vereinfacht wird. In den Figuren 6 bis 8 befindet sich zwischen der Grundplatte 17 und der Abtriebsplatte 22 eine Membranführung, bei welcher eine obere und eine untere Membrane 32 und 33 fest zwischen einem inneren Führungszylinder 30 und einem äußeren Fuhrungszylinder 31 verspannt sind. Der äußere Führungszylinder 31 ist auf der . Grundplatte 17 befestigt, und auf der Deckplatte 35 des inneren Führungszylinders 30 ist die Abtriebsplatte 22 befestigt· Drei erste Piezoverstellelemente 15 sind dreieckförmig auf der Grundplatte 17 angeordnet und mit dieser über ihre Grundkörper 1 verschraubt. Auf ihren Abtriebshebeln 3 stützen sich drei zweite Piezoverstellelemente 16 über Kugeln 36 ab. Die zweiten Piezoverstellelemente 16 ragen radial durch Ausneh-to arrange the elements 15, 16 so that the connecting lines between the support points 10 enclose an angle of 90 °. the output plate 22 is simplified. In Figures 6 to 8 is located between the base plate 17 and the output plate 22, a membrane guide, in which an upper and a lower membrane 32 and 33 are firmly clamped between an inner guide cylinder 30 and an outer Fuhrungszylinder 31. The outer guide cylinder 31 is on the. Fixed base plate 17, and on the cover plate 35 of the inner guide cylinder 30, the output plate 22 is fixed · Three first Piezoverstellelemente 15 are triangularly arranged on the base plate 17 and bolted thereto via their main body 1. On their output levers 3, three second piezoelectric displacement elements 16 are supported via balls 36. The second piezoverstellelemente 16 project radially through Ausne

_w "mungen in den Füjirüngs zylinder 30, 31 und sind· mit ihren Grundkörpern 1 mit einem Zwischenflansch 37 verschraubt. Der Zwischenflansch 37 ist über einen Taumelstift 38, welcher in Kegelpfannen 40 zwangsfrei gelagert ist, mit der Deckplatte 35 gekoppelt.'Dear Taumalstift 38 ist vorteilhaft*so * dimensioniert, daß die Koppelung mit der Deckplatte 35 mit gleichem Abstand zu beiden Membranen 32, 33 erfolgt· Beim Ändern der Ansteuerspannung werden die Piezoverstellelemente 15, 16 je nach Polarität ausgelenkt und die Bewegung über die _w "provisions in the Füjirüngs cylinders 30, 31 and are · screwed with their base bodies 1 with an intermediate flange 37th The intermediate flange 37 is connected through a wobble pin 38, which is supported without constraint in conical seats 40, gekoppelt.'Dear with the cover plate 35 Taumalstift 38 is advantageously * dimensioned * so that the coupling with the cover plate 35 takes place at the same distance to both membranes 32, 33 · When changing the driving voltage, the piezoelectric displacement elements 15, 16 are deflected depending on the polarity and the movement over the

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.Abtriebsplatte 22, den Taumelstift 38 und die Deckplatte 35 auf den inneren Führungszylinder 30 und damit auf die Abtriebsplatte 22 übertragen· Diese bewegt sich dabei um den doppelten Betrag der Bewegung eines Piezoverstellelementes 15, 16. Die dargestellte Ausführung der erfindungsgemaßen Positioniereinrichtung ermöglicht es, bei vorteilhaft großem Membranabstand eine geringe Bauhöhe zu realisieren. Die Piezoverstellelemente 15, 16 sind so ausgebildet, daß eich bei einer Bewegung gegen die Rückstellkraft der Membranführung die Poezokörper 4 ausdehnen und so die Einspennstellen der Piezokörper 4 in den Abtriebshebel 3 und Grunakörper 1 vorteilhaft mit Druck belastet werden..Abtriebsplatte 22, the wobble pin 38 and the cover plate 35 on the inner guide cylinder 30 and thus transmitted to the output plate 22 · This moves here by twice the amount of movement of a Piezoverstellelementes 15, 16. The illustrated embodiment of the inventive positioning allows at advantageous large diaphragm distance to realize a low height. The piezoverstellelemente 15, 16 are formed so that eich in a movement against the restoring force of the membrane guide the Poezokörper 4 expand and so the Einspennstellen the piezoelectric body 4 in the output lever 3 and Grunakörper 1 are advantageously loaded with pressure.

Claims

" ⁹ " 225 602

Invention claim . ,

1. Device for piezoelectric positioning, in particular for the production of semiconductor components using piezo displacement elements, each of which consists of a base body which is connected by a resilient element and at least one piezoelectric body with a driven lever, characterized in that:

that at least three first piezoverstellelemente are connected with their basic bodies at substantially regular intervals from each other fixed to a base plate, · that on the free end of each output lever of the first piezoelectric displacement of the free end of a driven lever each of a second identical Piezoverstellelementes. supports and that the base body of the second Piezcverstellelemente are connected to an output plate.

2 · Device according to item 1, characterized in that the piezoelectric bodies of the respective pairs of elements formed from a first and second piezoelectric actuator are facing each other and a change of a driving voltage in each case for both piezoelectric displacement in the same direction.

3 · Device according to point 1, characterized in that in each case the output levers of the pairs of elements facing each other and a change in the Ansteuersparnung in each case for both Piezoverstellelemente in the same direction ·

4 · Device according to point 1, characterized in that in the Elemendjenpaaren * each of the piezo body of the one

:. Piezoverstellelementes facing the output lever of the opposite piezoverstellelementes and a change in the drive voltage for each Piesover-, adjusting elements takes place in ^ ^ gengengt direction,

5 · device according to item 2 or 3 or 4, characterized in that all the piezo-adjusting elements ^ change their driving voltage in each case in the same direction

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• _ ₁₀ _ 225 6 02

tion, be supplied with the same drive voltage.

6. Device according to item 2, or 3 or A- ₉ characterized in that the piezoverstellelemente, in particular each of a pair of elements, are supplied separately with a drive voltage.

7 · Device according to point 5 and 6 ^ characterized in that the respective first and second Piezoverstellelemente at the support points by elastic means, preferably leaf springs, coupled to each other, wherein the elastic means are parallel to the longitudinal axes of the piezoelectric displacement elements elastic and in the other directions , in particular in the positioning direction, have a high rigidity ·

8 · Device according to item 5 or Sp characterized in that at the support points the output members of each first or second Piezoverstellelemente carry spherical elements which are supported in groove-shaped recesses of the output members of the respective opposing piezoelectric displacement and the extensions of the groove-shaped recesses preferably meet in one point ,

9 »device according to point 5 and 6, characterized in that when using preferably three Piezoverstsllelementenpaaren at the support points, the output members of each first and second Piezoverstellelemente carry gelfö'mige elements, which in each case a groove-shaped, a conical recess and a * Support the extension of the groove-shaped recess preferably through the support point with the conical recess,

10. Setup after. Item 7 or 8 or ^ characterized in that the first and second piezoverstellelemente are congruent one above the other and are arranged with respect to an axis in the direction of positioning regularly and in the same direction and at equal distances from each other and from the axis.

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11 · Device according to item 7 or 8 or 9, characterized by the fact that the first and second piezoverstellelemente lie congruently one above the other and a connecting line between a! Support point of a Verstellelementenpaares and the Äbstützpunkt a second Verstellelementenpaares substantially perpendicular to a connecting line between the support point of the second. Verstellelementenpaares and the support point of a third Verstellelementenpaares, wherein the distances between the first and the second and the zwsiten and the third support point are preferably the same. 12.Equipment in accordance with point 7 or 8 or 9jgekennzeich-

In that between the base plate and the output plate two substantially coaxially arranged cylinder are provided, one of which is fixedly connected to the base plate and the other with the output plate and which communicate with each other via membranes that in the Recesses are provided that the first Piezoverstellelemente outside the cylinder on the base plate bezüg -.:.: Lent an'Achse in the direction of adjustment in Forin a polygon are arranged and that the second Piszoverstellelemente by the Recesses radially through-

\, protrude and are fixed with their bodies on an intermediate flange, which is articulated via a wobble pin to the output plate.

11/28/1980

Ltn / Hm

,m-m-

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