本發明涉及晶圓級芯片封裝技術領域,尤其涉及一種晶圓級芯片封裝對位XYθ納米補償裝置。
背景技術:
芯片封裝要求高精度以及多個自由度協同配合工作,特別是對于θ角位移這一自由度的需求極大。在微納加工這一范疇,為了獲得高精度常使用以壓電陶瓷為驅動器,以柔性機構為框架的運動定位裝置,其使用精度高,但是行程較小,不能滿足大行程下的使用,因此采用了利用柔性機構作為位移補償裝置的宏微復合定位策略。其中,補償裝置的設計極為關鍵。
如圖1和圖2所示,現有的XYθ三自由度位移補償裝置多采用3RRR并聯裝置。其并聯結構使得三自由度的控制相對困難,而且行程不足。具體如下:a)行程小,所能夠工作的范圍小;b)控制復雜,需要較多的計算分析。
技術實現要素:
本發明實施例提供了一種晶圓級芯片封裝對位XYθ納米補償裝置,解決了現有的XYθ三自由度位移補償裝置多采用3RRR并聯裝置而導致的行程小,所能夠工作的范圍小,控制復雜,需要較多的計算分析的技術問題。
本發明實施例提供的一種晶圓級芯片封裝對位XYθ納米補償裝置,包括:
輸出平臺、第八柔性鉸鏈、解耦機構、位移機構、輸入平臺、壓電陶瓷;
解耦機構在以解耦機構為中心的正負X軸和正負Y軸四個方向均依次連接有位移機構、輸入平臺、壓電陶瓷;
解耦機構在X軸、Y軸方向上通過第八柔性鉸鏈與輸出平臺連接;
第八柔性鉸鏈為直圓型鉸鏈。
可選地,位移機構包括:第一鉸鏈機構、放大輸出平臺、第二鉸鏈機構;
輸入平臺與第一鉸鏈機構、放大輸出平臺、第二鉸鏈機構、解耦機構依次連接。
可選地,第一鉸鏈機構包括杠桿、柔性鉸鏈。
可選地,杠桿包括第一杠桿和第二杠桿。
可選地,柔性鉸鏈包括第一柔性鉸鏈、第二柔性鉸鏈、第三柔性鉸鏈、第四柔性鉸鏈。
可選地,第一柔性鉸鏈的一端與輸入平臺連接,第一柔性鉸鏈的另一端與第一杠桿連接;
第一杠桿的一端還連接有第二柔性鉸鏈,第一杠桿的另一端還依次連接有第三柔性鉸鏈、第二杠桿、第四柔性鉸鏈。
可選地,第四柔性鉸鏈的另一端與放大輸出平臺連接。
可選地,第一柔性鉸鏈為圓弧型鉸鏈,第二柔性鉸鏈為圓弧型鉸鏈,第三柔性鉸鏈為直圓型鉸鏈,第四柔性鉸鏈為直圓型鉸鏈。
可選地,第二鉸鏈機構包括第五柔性鉸鏈、第六柔性鉸鏈,放大輸出平臺與第五柔性鉸鏈、第六柔性鉸鏈依次連接。
可選地,第五柔性鉸鏈為直梁型鉸鏈,第六柔性鉸鏈為圓弧型鉸鏈。
從以上技術方案可以看出,本發明實施例具有以下優點:
本發明實施例提供了一種晶圓級芯片封裝對位XYθ納米補償裝置,包括:輸出平臺、第八柔性鉸鏈、解耦機構、位移機構、輸入平臺、壓電陶瓷;解耦機構在以解耦機構為中心的正負X軸和正負Y軸四個方向均依次連接有位移機構、輸入平臺、壓電陶瓷;解耦機構在X軸、Y軸方向上通過第八柔性鉸鏈與輸出平臺連接;第八柔性鉸鏈為直圓型鉸鏈,本發明實施例中將輸出平臺在X軸、Y軸方向上通過直圓型的第八柔性鉸鏈與解耦機構連接,并且解耦機構在以解耦機構為中心的正負X軸和正負Y軸四個方向均依次連接有位移機構、輸入平臺、壓電陶瓷,通過將壓電陶瓷通電,在壓電陶瓷通電伸長并帶動輸入平臺運動后通過位移機構進行位移放大,最后使得補償裝置充分利用柔性鉸鏈的變形,從而實現XY方向以及XYθ方向上的解耦,且三個自由度互不影響,解決了現有的XYθ三自由度位移補償裝置多采用3RRR并聯裝置而導致的行程小,所能夠工作的范圍小,控制復雜,需要較多的計算分析的技術問題。
附圖說明
為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案,下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹,顯而易見地,下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例,對于本領域普通技術人員來講,在不付出創造性勞動性的前提下,還可以根據這些附圖獲得其它的附圖。
圖1為本發明實施例提供的現有技術中的并聯裝置的結構示意圖;
圖2為本發明實施例提供的現有技術中的并聯裝置的結構分析示意圖;
圖3為本發明實施例提供的一種晶圓級芯片封裝對位XYθ納米補償裝置的結構示意圖;
圖4為本發明實施例提供的一種晶圓級芯片封裝對位XYθ納米補償裝置的裝配結構示意圖;
圖5為本發明實施例提供的一種晶圓級芯片封裝對位XYθ納米補償裝置在X軸方向運動仿真示意圖;
圖6為本發明實施例提供的一種晶圓級芯片封裝對位XYθ納米補償裝置在Y軸方向運動仿真示意圖;
圖7為本發明實施例提供的一種晶圓級芯片封裝對位XYθ納米補償裝置在θ方向運動仿真示意圖。
圖示說明,1第一杠桿,2第二柔性鉸鏈,3第一柔性鉸鏈,4輸入平臺,5放大輸出平臺,6第四柔性鉸鏈,7第二杠桿,8第三柔性鉸鏈,9第五柔性鉸鏈,10第六柔性鉸鏈,11第八柔性鉸鏈,12第七柔性鉸鏈,13解耦機構,14輸出平臺。
具體實施方式
本發明實施例提供了一種晶圓級芯片封裝對位XYθ納米補償裝置,用于解決現有的XYθ三自由度位移補償裝置多采用3RRR并聯裝置而導致的行程小,所能夠工作的范圍小,控制復雜,需要較多的計算分析的技術問題。
為使得本發明的發明目的、特征、優點能夠更加的明顯和易懂,下面將結合本發明實施例中的附圖,對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述,顯然,下面所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例,而非全部的實施例。基于本發明中的實施例,本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其它實施例,都屬于本發明保護的范圍。
請參閱圖3和圖4,本發明實施例提供的一種晶圓級芯片封裝對位XYθ納米補償裝置,包括:
輸出平臺14、第八柔性鉸鏈11、解耦機構13、位移機構、輸入平臺4、壓電陶瓷;
解耦機構13在以解耦機構13為中心的正負X軸和正負Y軸四個方向均依次連接有位移機構、輸入平臺4、壓電陶瓷;
解耦機構13在X軸、Y軸方向上通過第八柔性鉸鏈11與輸出平臺14連接;
第八柔性鉸鏈11為直圓型鉸鏈。
需要說明的是,解耦機構13還包括有第七柔性鉸鏈12,解耦機構13可以分為左右兩個解耦部分,且左右兩部分的解耦機構13之間通過第七柔性鉸鏈12進行連接,其中第七柔性鉸鏈12為圓弧型鉸鏈。
進一步地,位移機構包括:第一鉸鏈機構、放大輸出平臺5、第二鉸鏈機構;
輸入平臺4與第一鉸鏈機構、放大輸出平臺5、第二鉸鏈機構、解耦機構13依次連接。
進一步地,第一鉸鏈機構包括杠桿、柔性鉸鏈。
進一步地,杠桿包括第一杠桿1和第二杠桿7。
進一步地,柔性鉸鏈包括第一柔性鉸鏈3、第二柔性鉸鏈2、第三柔性鉸鏈8、第四柔性鉸鏈6。
進一步地,第一柔性鉸鏈3的一端與輸入平臺4連接,第一柔性鉸鏈3的另一端與第一杠桿1連接;
第一杠桿1的一端還連接有第二柔性鉸鏈2,第一杠桿1的另一端還依次連接有第三柔性鉸鏈8、第二杠桿7、第四柔性鉸鏈6。
進一步地,第四柔性鉸鏈6的另一端與放大輸出平臺5連接。
進一步地,第一柔性鉸鏈3為圓弧型鉸鏈,第二柔性鉸鏈2為圓弧型鉸鏈,第三柔性鉸鏈8為直圓型鉸鏈,第四柔性鉸鏈6為直圓型鉸鏈。
進一步地,第二鉸鏈機構包括第五柔性鉸鏈9、第六柔性鉸鏈10,放大輸出平臺5與第五柔性鉸鏈9、第六柔性鉸鏈10依次連接。
進一步地,第五柔性鉸鏈9為直梁型鉸鏈,第六柔性鉸鏈10為圓弧型鉸鏈。
為便于理解,以下將對本發明實施例提供的晶圓級芯片封裝對位XYθ納米補償裝置的工作原理進行詳細的描述。
首先對其工作原理進行分析:
壓電陶瓷連接電源,在電源作用下壓電陶瓷伸長,帶動輸入平臺4運動,第一杠桿1通過第一柔性鉸鏈3的拉動,在杠桿輸入端輸入相應的初始位移,且在第二柔性鉸鏈2的作用下執行杠桿位移放大,由于第二杠桿7和第三鉸鏈8的連接,使第二杠桿7得到一個輸入位移,并且在第二鉸鏈2的作用下最終輸出位移帶動第三鉸鏈8運動,通過位移的傳遞以及第四鉸鏈6的形變,最終放大輸出平臺5得到一個較大的位移輸出,第五鉸鏈9和第六鉸鏈10在放大輸出平臺5的作用下,使得解耦機構13得到一個位移,并通過第八鉸鏈11產生形變最終在輸出平臺14上輸出一個較大的位移輸出。
需要說明的是,圓弧型柔性鉸鏈的運動精度較高,但轉動范圍相對較小;直梁型柔性鉸鏈有較大的轉動范圍,但運動精度較差;直圓型柔性鉸鏈特點為傳力穩定,輸出精確。因此在設計多級位移放大器的時候,在需要較大轉動范圍的地方選用直梁型柔性鉸鏈,在需要較高運動精度的地方選用圓弧型柔性鉸鏈,在需要兼顧運動精度和傳力精度的地方選用采用直圓型的柔性鉸鏈。
具體運動模式分析:
當需要輸出一個X方向上的位移時,壓電陶瓷1或壓電陶瓷2接通電源,在電源作用下壓電陶瓷1或壓電陶瓷2伸長并帶動輸入平臺4運動,通過X方向上的位移機構最終在輸出平臺14上輸出一個X方向上的位移放大。
當需要輸出一個Y方向上的位移時,壓電陶瓷3或壓電陶瓷4接通電源,其原理同上,最終在輸出平臺14上輸出一個Y方向上的位移。
當需要輸出一個θ方向上的位移時,使得壓電陶瓷1、壓電陶瓷2、壓電陶瓷3、壓電陶瓷4同時接通電源,在X方向和Y方向上通過位移機構,最終在輸出平臺14上同時產生相互作用的X方向和Y方向位移,使得輸出平臺14轉動,實現θ方向上的位移輸入。
并且整個機構充分利用第五柔性鉸鏈9、第六柔性鉸鏈10、第八柔性鉸鏈11、第七柔性鉸鏈12的變形,使整個機構能夠實現XY方向以及XYθ的解耦,三個自由度不互相影響。
請參閱圖5至圖7,分別為通過ANSYS在X、Y、θ的三個方向上的運動分析仿真圖。
所屬領域的技術人員可以清楚地了解到,為描述的方便和簡潔,上述描述的系統,裝置和單元的具體工作過程,可以參考前述方法實施例中的對應過程,在此不再贅述。
以上,以上實施例僅用以說明本發明的技術方案,而非對其限制;盡管參照前述實施例對本發明進行了詳細的說明,本領域的普通技術人員應當理解:其依然可以對前述各實施例所記載的技術方案進行修改,或者對其中部分技術特征進行等同替換;而這些修改或者替換,并不使相應技術方案的本質脫離本發明各實施例技術方案的精神和范圍。