TW201519341A - 導線夾具和施加預載力至壓電驅動器的方法與裝置 - Google Patents

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Abstract

本發明公開一種導線夾具，其包含有：夾具本體；一對臂部，其和該夾具本體相耦接；以及壓電驅動器，其具有延伸在第一端部和第二端部之間的縱軸，該驅動器在第一端部被耦接至該對臂部上，而在第二端部被耦接至該夾具本體上。該驅動器的第二端部通過預載機構被耦接至該夾具本體上，以沿著該縱軸施加預載力；以及該預載機構包含有至少一個鍥形塊，該鍥形塊具有斜面，該斜面在一個相配合的斜面上方滑動。本發明還公開一種將預載力施加至導線夾具的壓電驅動器的方法，和一種將預載力施加至導線夾具的壓電驅動器的夾台。

Description

導線夾具和施加預載力至壓電驅動器的方法與裝置
本發明涉及一種帶有壓電驅動器(piezoelectric actuator)的導線夾具，以及涉及一種施加預載力(preload force)至壓電驅動器的方法與裝置。
在半導體處理過程中，積體電路通過公知為導線鍵合的流程中的導線被連接至其封裝材料中。在導線鍵合過程中，有必要來夾持待鍵合的導線以便於將其精確地定位在期望位置。一種公知的用於夾持導線的設備表示於圖1中，其包括由壓電驅動器110所驅動的一對顎部(jaws)102、104。通過應用穿過驅動器110的電場引起顎部102、104打開。當關閉電場時，臂部閉合以便於導線被夾持在夾持板體106、108之間。
當使用壓電驅動器時，在應用電場以前有必要施加預載力至驅動器的壓電單元上。預載力的大小是關鍵的。如果不足的預載被施加，那麼壓電單元由於動態的拉力而可能破裂。如果太大的預載被施加，那麼驅動器可能不能被成功地驅動。
在圖1的導線夾具中，通過使用設定螺絲130，預載力被應用來沿著其縱軸(即沿著壓電驅動器110的中心且垂直於其端部112、114延續的軸線)通過預載塊120施加一個力至該壓電驅動器(piezo actuator)110。設定螺絲130和預載塊120抵靠於導線夾具主體105推動壓電驅動器110。
圖1所示的現有設置的不足在於：由於震動或配合面上(即設定螺絲130和預載塊120之間，以及預載塊120和壓電驅動器110之間)摩擦力不足，設定螺絲130可能變鬆，導致壓電驅動器110上的預載力減少，反而影響導線夾具100的性能。在採用夾具100的導線鍵合裝置的典型操作中，外力將會在軸向方向上重複地被施加至預載螺絲130，這可能導致螺絲鬆動。
圖1的預載機構的另一個不足在於：當螺絲被緊固時，一個力矩將會被傳送至壓電疊堆(piezo stack)110上。如果不認真地處理，那麼這可能損壞壓電疊堆110。
提供一種克服上述不足中的一個或多個的導線夾具，或者至少提供一種有用的選擇方案，這是令人期望的。
本發明的一些實施例涉及一種導線夾具，其包含有：夾具本體；一對臂部，其和該夾具本體相耦接；以及壓電驅動器，其具有延伸在第一端部和第二端部之間的縱軸，該驅動器在第一端部被耦接至該對臂部上，而在第二端部被耦接至該夾具本體上；其中，該驅動器的第二端部通過預載機構被耦接至該夾具本體上，以沿著該縱軸施加預載力；以及其中該預載機構包含有至少一個鍥形塊，該鍥形塊具有斜面，該斜面在一個相配合的斜面上方滑動。
本發明的另一些實施例涉及一種將預載力施加至導線夾具的壓電驅動器的方法，該導線夾具包含有夾具本體與一對和該夾具本體相耦接的臂部，該壓電驅動器具有延伸在第一端部和第二端部之間的縱軸， 且在第一端部被耦接至該對臂部上，而在第二端部被耦接至該夾具本體上；該方法包含有以下步驟：提供具有斜面的鍥形塊；提供相配合的斜面，以便於在相配合的斜面和壓電驅動器之間或者在夾具本體和相配合的斜面之間定義有間隙，該鍥形塊可在相配合的表面的上方滑動；將鍥形塊插置在間隙中，以致於該斜面接觸相配合的表面；以及將力沿著橫截於驅動器的縱軸的方向施加至鍥形塊，以藉此沿著縱軸施加預載力。
本發明的又一些實施例涉及一種將預載力施加至導線夾具的壓電驅動器的夾台，該導線夾具包含有夾具本體與一對和該夾具本體相耦接的臂部，該壓電驅動器具有延伸在第一端部和第二端部之間的縱軸，且在第一端部被耦接至該對臂部上，而在第二端部被耦接至該夾具本體上，該壓電驅動器的第二端部通過預載機構耦接至夾具主體上，以沿著縱軸施加預載力，該預載機構包含有至少一個具有斜面的鍥形塊，其可在相配合的斜面上方滑動；該夾台包含有：夾具支撐座，其具有凹槽以容置夾具本體；張緊平臺，其從夾具支撐座處延伸且相對於凹槽被提升，該張緊平臺具有帶螺紋的孔洞，當夾具主體容置於夾具支撐座時，該孔洞和該至少一個鍥形塊對齊定位；以及張緊螺絲，其可容納於該帶螺紋的孔洞中，以便於該張緊螺絲的末端接觸該至少一個鍥形塊，而以致於擰緊該張緊螺絲將力沿著橫截於壓電單元的縱軸的方向施加至該至少一個鍥形塊上。
100‧‧‧夾具
102‧‧‧顎部
104‧‧‧顎部
105‧‧‧夾具主體
106‧‧‧板體
108‧‧‧板體
110‧‧‧驅動器
112‧‧‧端部
114‧‧‧端部
120‧‧‧預載塊
130‧‧‧螺絲
200‧‧‧夾具
202‧‧‧側部
204‧‧‧側部
208‧‧‧表面
210‧‧‧主體
211‧‧‧端部
212‧‧‧顎部
214‧‧‧顎部
216‧‧‧板體
218‧‧‧板體
220‧‧‧板體
230‧‧‧內表面
232‧‧‧空洞
234‧‧‧機構
236‧‧‧機構
240‧‧‧驅動器
242‧‧‧遠端
244‧‧‧近端
252‧‧‧鍥形單元
253‧‧‧凸緣
254‧‧‧鍥形單元
262‧‧‧斜面
264‧‧‧斜面
266‧‧‧平整表面
300‧‧‧夾台
310‧‧‧基座
312‧‧‧夾體支撐座
313‧‧‧凹陷平臺
314‧‧‧平臺
318‧‧‧平臺
320‧‧‧螺杆
322‧‧‧螺杆
324‧‧‧開孔
330‧‧‧轉軸
332‧‧‧圓頭末端
350‧‧‧支架
352‧‧‧足部
353‧‧‧切口
400a‧‧‧橫向力
400b‧‧‧橫向力
702‧‧‧基準標記
704‧‧‧基準標記
802‧‧‧十字標
802’‧‧‧十字標
804‧‧‧十字標
現在結合附圖，並僅僅以非限定的實例的方式來描述本發明的實施例，其中：圖1所示為自現有的導線夾具的上方的投影視圖；圖2所示為自根據本發明的一些實施例所述的導線夾具的上方的投影視圖；圖3所示為圖2的導線夾具的俯視立體示意圖；圖4所示為根據特定實施例所述的預載機構的特寫側視示意圖；圖5所示為圖2-圖4的導線夾具的俯視立體示意圖，它們設置在夾台(jig)中以調節預載力；圖6所示為沿著圖5的剖面線A-A所視時的剖面示意圖；圖7所示為自導線夾具的顎部的上方和特寫的投影視圖；圖8A和圖8B示意性地表明瞭使用于根據本發明實施例所述方法中的校準標記；以及圖9所示為圖4的預載機構，其包括鍥形塊，每個鍥形塊具有各自的凸緣以和圖5所示的夾台相耦接。
最初參考圖2和圖3所示，其表明了具有主體210的夾具200，在其內部設置有壓電驅動器240。壓電驅動器240較合適地為多層堆疊驅動器(multilayer stack actuator)。主體210大體為U形，並具有延伸在兩個側部202和204之間的端部211。該端部211、側部202和204一起確定了空洞232，壓電驅動器240駐留在該空洞內部。
壓電驅動器240在遠端242處接觸板體220。該板體220通過各自的連接機構(linkages)234、236連接至顎部212、214上。顎部212具有夾持板體216，而顎部214具有夾持板體218。電場在沿著縱軸的方向上應用至驅動器240導致驅動器擴張，從而在板體220上施加一個力，接著引起顎部212、214被打開(通過連接機構234、236)。
在遠端242處，驅動器240可以固緊在板體220上，或者可以 與板體220分開以便於它僅僅與之相鄰接。
在近端244處，驅動器240接觸包含有鍥形單元252、254的預載機構，該鍥形單元插置在近端244和主體210的內表面230之間的間隙內。鍥形單元254可以固緊在驅動器240的近端244處。可供選擇地，鍥形單元252可以被固緊在主體210上，或者可以和它成為一體以致於它從內表面230處延伸。在目前的較佳實施例中，鍥形單元252、254二者均和驅動器240、主體210分隔開。主體210可以具有在它的側部202、204之間延伸的支撐表面208(圖6)(舉例而言)，在該支撐表面上支撐有鍥形單元254。
和驅動器240的端部有關的術語“遠端”和“近端”被用來表明它們和主體210的端部211的關係。即，“近端”244為比較靠近於端部211的端部，而“遠端”242為比較遠離的端部。
如圖4所示，鍥形塊252具有斜面262，鍥形塊254具有相配合的斜面264。當橫向力400a或400b被施加至鍥形塊252或鍥形塊254時，斜面262、264能夠在彼此的上方移動。在應用橫向力的過程中，鍥形塊254被支撐於主體210的支撐表面上。由於表面的傾斜的角度，當力400a或400b被施加的時候，鍥形塊252、254的各自的平整表面之間的面與面之間的距離D增大。當該距離D增大時，施加在驅動器240上的預載力(反作用力)增大。
橫向力400a或400b可繼續被施加，直到實現了期望的預載力。當期望的預載力得以實現時，鍥形塊252、254可被鎖固在一起，例如通過膠合或者焊接的方式，以便於保持期望的預載力。
在當前的較佳實施例中，鍥形塊252、254是自鎖的。當μ>tan θ,(1)
時，自鎖得以實現，其中：μ為鍥形塊252、254之間的靜摩擦係數，θ為斜面264和鍥形塊254的平整表面266之間的傾斜角(或者類似地為，鍥形塊252的斜面262的傾斜角)。
鍥形塊252、254的自鎖性能特別有益，因為施加於壓電驅動 器240上的預載力比現有技術中的螺絲張緊方法所實現的更加穩定。從而這種壓電式導線夾具200的性能比現有的夾具更為一貫連續。
角度θ較佳地是在8-12度之間的範圍內，雖然值得欣賞的是對於自鎖而言，滿足自鎖條件(1)的任何角度都是充分的。對於沒有自鎖的鍥形塊而言，其它的斜角是可能的。
圖2至圖4中所示的實施例在預載機構中採用了兩個鍥形塊252、254。值得欣賞的是，單個的鍥形塊252或254可能被採用來酌情在近端244或內表面230處提供合適的相配合的斜面。可供選擇地，在某些實施例中，三個或多個鍥形塊可被使用，假定接觸驅動器240的近端244的鍥形塊的表面是平整的，以便於預載力沿著驅動器240的縱軸被引導。
現在參考圖5和圖6所示，其表明了一種用於將預載力應用至驅動器240的裝置。該裝置是具有基座310的夾台300，從該基座處延伸有夾體支撐座312。從夾體支撐座312處在水平面上延伸有張緊平臺318，其相對於基座310被提升。該張緊平臺318具有帶螺紋的通孔(未示)，以容納張緊調節螺杆320的帶螺紋的轉軸330。提升平臺314設置在張緊平臺318的上方，其開孔324容納螺杆320的轉軸330。另外，提升平臺314中還容納兩個較小的調節螺杆322。一對支架350(圖中僅僅顯示了其中一個)從提升平臺314的相對兩側向下延伸。該支架從沿平臺314分佈的、大體和開孔324對齊定位的一位置處延伸。每個支架350具有足部352，它和支架350的其它部分一起確定了切口353，該切口353被改變大小和成形以容納鍥形塊252的凸緣253(圖2-圖4中未示，但在圖9中可見)。在支架350之間存在間隙，該間隙大體為張緊平臺318的寬度。
為了準備夾具200進行預載力調節，夾具主體210的端部211被放置於凹陷平臺313上，該凹陷平臺313被改變大小和成形以容納主體端部211。其後，通過橫跨支架350，提升平臺314被定位在張緊平臺318上方且在張緊平臺318上方滑動，直到開孔324和平臺318的帶螺紋的孔洞對齊， 和直到支架350的切口353與鍥形單元252的耳部253對齊且與之耦接。然後，大的張緊螺絲320貫穿通過對齊後的孔洞和擰緊，直到位於轉軸330的較低端部處的圓頭末端332接觸鍥形塊252。小的調節螺絲322通過進入它們各自的孔洞直到它們的較低的端部接觸提升平臺314，如圖6所示。
在鍥形塊254的上方迫使鍥形塊252向下的過程中，一旦夾台300和夾具200裝配定位，如圖5和圖6所示，那麼大的張緊螺絲320被固緊。固緊能夠持續一直到在驅動器240中預定的預載力得以實現。如果預載力超過了期望的力，那麼通過使用小的調節螺絲322它能夠得以減少。因為小的螺絲322的較低端部正接觸和抵靠於平臺318，其為固定的，將螺絲322擰緊將會趨於迫使提升平臺314向上。當迫使提升平臺314向上時，足部352和凸緣253相耦接且在向上的方向上拉拽鍥形塊252，藉此降低施加於驅動器240上的預載力。
預載力的大小能夠通過測量夾持板體216和218之間的間隔而得以確定，因為該間隔距離直接和預載力成正比。通過測量與公知的預載力成函數關係的間隔距離，校準能夠得以執行。一旦獲得了校準曲線，那麼由鍥形塊所施加的預載力能夠通過測量該間隔距離而得以確定。
其中間隔距離能夠得以測量的一種方法被示意性地描述在圖7、圖8A和圖8B中。在圖7中，基準標記702、704被應用在相鄰於夾持板體216、218的顎部212、214的末端附近。然後，位於夾持板體216、218之間的間隔通過跟蹤基準標記702、704中的一個或兩個的移動而得以被測量。例如，攝像機(圖中未示)能夠被安裝在基準標記702的上方。來自攝像機的圖像資料可以被接收在電腦系統中，該電腦系統在顯示器上顯示所捕獲的圖像資料。電腦系統的影像處理模組可以監測位於所捕獲圖像之內的基準標記702，並如通過在所監測的基準標記702中居中的十字標802、804所指明確定其位置。十字標可以疊加在所顯示的圖像上，如圖8A所示。當螺絲320被擰緊時，夾持板體216、218進一步移動分開，基準標記702移動 至右側，到達十字標802'、804所指明的新位置。然後，位於新的X座標(通過垂直線802'所指明)和老的X座標(通過垂直虛線802所指明)之間的測量距離和以前獲得的校準曲線比較，以確定預載力。該比較可以例如通過影像處理模組手動地或自動地完成。
雖然本發明的特定實施例已經被詳細地描述，但是在本發明宗旨以內的很多修改變化是可能的，這對於熟練的讀者而言是顯而易見的。
210‧‧‧主體
212‧‧‧顎部
214‧‧‧顎部
220‧‧‧板體
240‧‧‧驅動器
252‧‧‧鍥形單元
254‧‧‧鍥形單元

Claims (14)

  1. 一種導線夾具，其包含有：夾具本體；一對臂部，其和該夾具本體相耦接；以及壓電驅動器，其具有延伸在第一端部和第二端部之間的縱軸，該驅動器在第一端部被耦接至該對臂部上，而在第二端部被耦接至該夾具本體上；其中，該驅動器的第二端部通過預載機構被耦接至該夾具本體上，以沿著該縱軸施加預載力，以及其中該預載機構包含有至少一個鍥形塊，該鍥形塊具有斜面，該斜面可在一個相配合的斜面的上方滑動。
  2. 如請求項1所述的導線夾具，其中，該斜面具有小於需要來自鎖的臨界角度的斜角。
  3. 如請求項1所述的導線夾具，其中，相配合的斜面是另一個鍥形塊的相配合的斜面。
  4. 如請求項3所述的導線夾具，其中，另一個鍥形塊可從夾具主體處移離。
  5. 如請求項1所述的導線夾具，其中，預載機構設置在驅動器的第二端部和夾具主體之間的間隙中。
  6. 如請求項1所述的導線夾具，其中，至少一個鍥形塊可滑動地插置於相配合的斜面和壓電驅動器之間的間隙中或者夾具本體和相配合的斜面之間的間隙中，以用於施加預載力。
  7. 如請求項1所述的導線夾具，其中，至少一個鍥形塊包含有至少一個凸緣，該凸緣可耦接來從導線夾具處退回該至少一個鍥形塊。
  8. 一種將預載力施加至導線夾具的壓電驅動器的方法，該導線夾具包含有夾具本體與一對和該夾具本體相耦接的臂部，該壓電驅動器具有延伸在第一端部和第二端部之間的縱軸，且在第一端部被耦接至該對臂部上，而在第二端部被耦接至該夾具本體上；該方法包含有以下步驟：提供具有斜面的鍥形塊；提供相配合的斜面，以便於在相配合的斜面和壓電驅動器之間或者在 夾具本體和相配合的斜面之間定義有間隙，該鍥形塊可在相配合的表面的上方滑動；將鍥形塊插置在間隙中，以致於該斜面接觸相配合的表面；以及將力沿著橫截於驅動器的縱軸的方向施加至鍥形塊，以藉此沿著縱軸施加預載力。
  9. 如請求項8所述的方法，該方法還包含有以下步驟：將導線夾具安裝在夾台中。
  10. 如請求項9所述的方法，其中，該夾台包含有張緊螺絲，該張緊螺絲的末端可和鍥形塊相接觸，以便於擰緊該張緊螺絲將力施加至鍥形塊。
  11. 如請求項8所述的方法，該方法還包含有以下步驟：確定該預載力。
  12. 如請求項11所述的方法，其中，確定該預載力的步驟包括：測量臂部之間的間隔距離。
  13. 如請求項12所述的方法，其中，該臂部包含有至少一個基準標記，該測量間隔距離的步驟包含有：比較施加力之前的該至少一個基準標記的位置和施加力之後該至少一個基準標記的位置。
  14. 一種將預載力施加至導線夾具的壓電驅動器的夾台，該導線夾具包含有夾具本體與一對和該夾具本體相耦接的臂部，該壓電驅動器具有延伸在第一端部和第二端部之間的縱軸，且在第一端部被耦接至該對臂部上，而在第二端部被耦接至該夾具本體上，該壓電驅動器的第二端部通過預載機構被耦接至夾具主體上，以沿著縱軸施加預載力，該預載機構包含有至少一個具有斜面的鍥形塊，其可在相配合的斜面上方滑動；該夾台包含有：夾具支撐座，其具有凹槽以容置夾具本體；張緊平臺，其從夾具支撐座處延伸且相對於凹槽被提升，該張緊平臺具有帶螺紋的孔洞，當夾具主體容置於夾具支撐座時，該孔洞和該至少一個鍥形塊對齊定位；以及張緊螺絲，其可容納於該帶螺紋的孔洞中，以便於該張緊螺絲的末端接觸該至少一個鍥形塊，而以致於擰緊該張緊螺絲將力沿著橫截於壓電單元的縱軸的方向施加至該至少一個鍥形塊上。
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