CN117434708A - 一种显微激光***姿态调整精密运动平台 - Google Patents

Abstract

本发明涉及大规模集成电路器件制造设备技术领域，公开了一种显微激光***姿态调整精密运动平台，包括基准平台，所述基准平台的底部安装有XY运动平台，所述XY运动平台的底部安装有弹簧板组件，所述弹簧板组件上靠近三个顶角的位置处分别安装有俯仰轴气浮组件、偏摆轴气浮组件和基准气浮组件，所述弹簧板组件的底部安装有显微激光***。本发明通过XY运动平台实现显微激光***的精确定位，通过俯仰轴气浮组件、偏摆轴气浮组件、基准气浮组件与弹簧板组件吸收了Y向导轨和X向导轨带来的跳动，为显微激光***等具备光学对准、光学测距功能的***具备更优越的性能提供了基础条件，最终实现显微激光***的姿态调整。

Description

一种显微激光***姿态调整精密运动平台

技术领域

本发明涉及大规模集成电路器件制造设备技术领域，具体涉及一种显微激光***姿态调整精密运动平台。

背景技术

芯片倒装焊接设备主要用于大规模集成电路器件制造的倒装焊接工艺，完成芯片与基板的直接互连键合，使封装具有更优越的高频、低延迟、低串扰的电路特性，能有效提高电路、部件或***的组装互连可靠性。倒装焊接设备主要由三部分组成：第一部分是设置在花岗岩基准平台上的基板放置台，基板放置台可沿基准平台的X、Y方位置调整、沿与基准平台平面垂直的θ轴旋转调整；第二部分是设置在花岗岩基准平台正上方的Z向升降臂机构，在Z向升降臂机构的下端设置有芯片吸盘，Z向升降臂机构的主要功能是通过下压实现芯片与基板的键合；第三部分是光学***，光学***是设置在基板放置台与Z向升降臂机构之间的，该光学***主要承担芯片与基板是否对位到位，以及芯片与基板键合平面的平行度检测；被键合的基板放置在基板放置台上，被键合的芯片吸附在芯片吸盘上，芯片吸盘安装在具有俯仰和偏摆功能的气浮调平台上，依据激光测距获得芯片与基板两键合面的平行度差值，通过气浮调平台调整俯仰和偏摆角度，使被键合的基板与芯片满足键合的平行度要求，通过调整控制基板放置台的位置，使被键合芯片与基板对位到位，当平行度和对位调整完毕后，Z向升降臂下压，将被键合的芯片与基板压接键合在一起，从而完成芯片的倒装键合工艺过程。

显微激光***精密运动平台需具备X轴、Y轴的精确定位功能，同时需具备俯仰轴和偏摆轴实现显微激光***姿态调整功能。传统的运动平台多采用堆叠式设计，即两个直线运动轴叠放在一起，倒挂安装在机架上，这种结构用于芯片倒装互连有以下缺陷：(1)显微激光***进行测距工作时，要求其平行于机台上的大理石基准运动，按照常规两层导轨叠放的设计，将引入两层导轨行走的平行度误差，势必降低其测量精度；(2)运动轴叠放在一起，无法消除运动轴跳动带来的基板姿态的变化，造成显微测量***的不稳定；(3)运动轴叠放后，运动平台下方安装的显微激光***姿态调整难度大。

为了满足大尺寸芯片、基板对显微激光***的精确对准和测量需求，如果将显微激光***的安装零件采用气浮结构直接设置在基准平台上，气浮结构上设置有驱动机构，采用弹性结构件与X轴、Y轴运动平台连接，弹性结构件可以实现平行于大理石基准平面内的刚性连接，又可吸收垂直方向的安装误差及X轴、Y轴导轨带来跳动误差，既能提高显微激光***的精定位，又能通过气浮结构上的驱动机构实现显微激光***的姿态调整，成为现场需要解决的现实问题。

发明内容

鉴于此，本发明的目的在于，提供一种显微激光***姿态调整精密运动平台，解决了现有运动平台无法便捷进行显微激光***姿态调整及测量过程中导轨跳动带来的测量误差较大的技术问题。

为了达到上述发明目的，进而采取的技术方案如下：

一种显微激光***姿态调整精密运动平台，包括基准平台，所述基准平台的底部安装有XY运动平台，所述XY运动平台的底部安装有弹簧板组件，所述弹簧板组件上靠近三个顶角的位置处分别安装有俯仰轴气浮组件、偏摆轴气浮组件和基准气浮组件，所述弹簧板组件的底部安装有显微激光***。

作为本发明的进一步改进，所述XY运动平台包括安装在基准平台底部的XY底板，所述XY底板的底部设置有一对Y向导轨，一对所述Y向导轨上滑动安装有Y运动板，所述XY底板的底部一侧且靠近Y向导轨的位置安装有Y向光栅尺，所述Y运动板上安装有Y向读数头，且所述Y向读数头位于Y向光栅尺的正下方，所述XY底板的底端中部安装有Y向直线电机定子，所述Y运动板上安装有与所述Y向直线电机定子配合使用的Y向直线电机动子，所述Y运动板的底部安装有一对垂直于Y向导轨的X向导轨，一对所述X向导轨上滑动安装有X运动板，所述Y运动板的底部一侧且靠近X向导轨的位置安装有X向光栅尺，所述X运动板上安装有X向读数头，且所述X向读数头位于X向光栅尺的正下方，所述Y运动板的底端中部安装有X向直线电机定子，所述X运动板上安装有与所述X向直线电机定子配合使用的X向直线电机动子，通过Y向导轨导向，Y向直线电机动子与Y向直线电机定子无摩擦驱动，Y向光栅尺与Y向读数头配合实现Y运动板位置的闭环反馈，进而实现XY运动平台的Y向精确定位；通过X向导轨的导向，X向直线电机动子与X向直线电机定子无摩擦驱动，X向光栅尺与X向读数头配合实现X运动板位置的闭环反馈，进而实现XY运动平台的X向精确定位。

作为本发明的进一步改进，所述弹簧板组件包括姿态可调板，所述姿态可调板的上方设置有弹簧板，所述弹簧板的一端通过通过弹簧板固定件固定在姿态可调板上，另一端通过轴承压板压紧在姿态可调板上，弹簧板的中部通过弹簧板转接件安装在XY运动平台的X运动板上。

作为本发明的进一步改进，所述俯仰轴气浮组件包括俯仰轴底座和俯仰调节气垫，所述俯仰调节气垫通过俯仰气垫球头螺杆安装在俯仰轴底座上，所述俯仰调节气垫上安装有俯仰气垫调速阀，俯仰气垫调速阀通气后，俯仰调节气垫与基准平台之间会形成一层气膜，俯仰调节气垫可沿基准平台表面做无摩擦运动，所述俯仰气垫球头螺杆的下端安装有俯仰轴摆杆，所述俯仰轴摆杆的下方安装有俯仰轴凸轮随动器，所述俯仰轴底座的侧面安装有俯仰轴电动滑台，俯仰轴电动滑台的运动部分前端与俯仰轴凸轮随动器紧贴在一起，俯仰轴拉紧弹簧的一端挂在俯仰轴电动滑台的运动部分前端，另一端挂在俯仰轴摆杆上，使得俯仰轴电动滑台的运动部分前端与俯仰轴凸轮随动器在俯仰轴电动滑台运动过程中保持紧贴状态，通过俯仰轴电动滑台带动俯仰轴摆杆运动，可实现俯仰气垫球头螺杆的螺旋运动，最终实现俯仰调节气垫的升降。

作为本发明的进一步改进，所述偏摆轴气浮组件包括偏摆轴底座和偏摆调节气垫，所述偏摆调节气垫通过偏摆气垫球头螺杆安装在偏摆轴底座上，所述偏摆调节气垫上安装有偏摆气垫调速阀，偏摆气垫调速阀通气后，偏摆调节气垫与基准平台之间会形成一层气膜，偏摆调节气垫可沿基准平台表面做无摩擦运动，所述偏摆气垫球头螺杆的下端安装有偏摆轴摆杆，所述偏摆轴摆杆的下方安装有偏摆轴凸轮随动器，所述偏摆轴底座的侧面安装有偏摆轴电动滑台，偏摆轴电动滑台的运动部分前端与偏摆轴凸轮随动器紧贴在一起，偏摆轴拉紧弹簧的一端挂在偏摆轴电动滑台的运动部分前端，另一端挂在偏摆轴摆杆上，使得偏摆轴电动滑台的运动部分前端与偏摆轴凸轮随动器在偏摆轴电动滑台运动过程中保持紧贴状态，通过偏摆轴电动滑台带动偏摆轴摆杆运动，可实现偏摆气垫球头螺杆的螺旋运动，最终实现偏摆调节气垫的升降。

作为本发明的进一步改进，所述基准气浮组件包括基准气垫底座和基准气垫，所述基准气垫通过基准气垫球头螺杆安装在基准气垫底座上，基准气垫上安装有基准气垫调速阀，通过基准气垫球头螺杆旋转运动可实现基准气垫的升降，基准气垫调速阀通气后，基准气垫与基准平台之间会形成一层气膜，基准气垫可沿基准平台表面做无摩擦运动。

作为本发明的进一步改进，所述俯仰调节气垫的顶面、所述偏摆调节气垫的顶面、以及基准气垫的顶面分别与所述基准平台相接触。

本发明通过XY运动平台实现显微激光***的精确定位；俯仰轴气浮组件、偏摆轴气浮组件、基准气浮组件与弹簧板组件吸收了Y向导轨和X向导轨带来的跳动，为显微激光***等具备光学对准、光学测距功能的***具备更优越的性能提供了基础条件；俯仰轴电动滑台、偏摆轴电动滑台的分别驱动俯仰调节气垫、偏摆调节气垫升降，通过弹簧板的变形实现姿态可调板俯仰、偏摆运动，最终实现显微激光***的姿态调整。

本发明的有益效果是：本发明提出的一种显微激光***姿态调整精密运动平台用于芯片倒装键合设备或测量设备。其有益效果主要体现在：

(1)结构简单，定位精度高。由于直线电机不需要把旋转运动变为直线运动的附加装置，重量和体积大大地下降，***的运动惯量显著降低；直线电机是直接传动形式，因而可以消除中间环节带来的各种定位误差，采用高精度光栅尺反馈，大大提高了整个***的定位精度。

(2)气浮导向，跳动小。俯仰调节气垫、偏摆调节气垫、基准气垫通正压后沿大理石基准平台低摩擦运动，弹簧板吸收了Y向导轨和X向导轨带来的跳动，为显微激光***等具备光学对准、光学测距功能的***具备更优越的性能提供了基础条件，大大提升了测量和对准***的精度和稳定性。

(3)显微激光***姿态可调。通过弹簧板、气浮机构的巧妙使用，实现了显微激光***的姿态可调。在越来越多的场合要求显微激光***的光路需要与运动轴平行，显微激光***姿态可调为更先进、更广的应用提供了可能。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是本发明的总体结构示意图；

图2是本发明XY运动平台的结构剖视图；

图3是本发明XY运动平台的第二视角结构示意图；

图4是本发明弹簧板组件的结构示意图；

图5是本发明俯仰轴气浮组件的结构示意图；

图6是本发明偏摆轴气浮组件的结构示意图；

图7是本发明基准气浮组件的结构示意图。

图中：001、基准平台；100、XY运动平台；101、XY底板；102、Y运动板；103、X运动板；104、Y向导轨；105、Y向直线电机定子；106、Y向直线电机动子；107、Y向读数头；108、Y向光栅尺；109、X向导轨；110、X向直线电机定子；111、X向直线电机动子；112、X向读数头；113、X向光栅尺；200、弹簧板组件；201、姿态可调板；202、弹簧板；203、弹簧板固定件；204、弹簧板转接件；205、轴承压板；300、俯仰轴气浮组件；301、俯仰轴底座；302、俯仰调节气垫；303、俯仰轴摆杆；304、俯仰轴凸轮随动器；305、俯仰轴电动滑台；306、俯仰轴拉紧弹簧；307、俯仰气垫调速阀；308、俯仰气垫球头螺杆；400、偏摆轴气浮组件；401、偏摆轴底座；402、偏摆调节气垫；403、偏摆轴摆杆；404、偏摆轴凸轮随动器；405、偏摆轴电动滑台；406、偏摆轴拉紧弹簧；407、偏摆气垫调速阀；408、偏摆气垫球头螺杆；500、基准气浮组件；501、基准气垫底座；502、基准气垫；503、基准气垫调速阀；504、基准气垫球头螺杆；600、显微激光***。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。

如图1-7所示，一种显微激光***姿态调整精密运动平台，包括基准平台001，所述基准平台001的底部安装有XY运动平台100，所述XY运动平台100的底部安装有弹簧板组件200，所述弹簧板组件200上靠近三个顶角的位置处分别安装有俯仰轴气浮组件300、偏摆轴气浮组件400和基准气浮组件500，所述弹簧板组件200的底部安装有显微激光***600。

所述XY运动平台100包括安装在基准平台001底部的XY底板101，所述XY底板101的底部设置有一对Y向导轨104，一对所述Y向导轨104上滑动安装有Y运动板102，所述XY底板101的底部一侧且靠近Y向导轨104的位置安装有Y向光栅尺108，所述Y运动板102上安装有Y向读数头107，且所述Y向读数头107位于Y向光栅尺108的正下方，所述XY底板101的底端中部安装有Y向直线电机定子105，所述Y运动板102上安装有与所述Y向直线电机定子105配合使用的Y向直线电机动子106，所述Y运动板102的底部安装有一对垂直于Y向导轨104的X向导轨109，一对所述X向导轨109上滑动安装有X运动板103，所述Y运动板102的底部一侧且靠近X向导轨109的位置安装有X向光栅尺113，所述X运动板103上安装有X向读数头112，且所述X向读数头112位于X向光栅尺113的正下方，所述Y运动板102的底端中部安装有X向直线电机定子110，所述X运动板103上安装有与所述X向直线电机定子110配合使用的X向直线电机动子111，通过Y向导轨104导向，Y向直线电机动子106与Y向直线电机定子105无摩擦驱动，Y向光栅尺108与Y向读数头107配合实现Y运动板102位置的闭环反馈，进而实现XY运动平台100的Y向精确定位；通过X向导轨109的导向，X向直线电机动子111与X向直线电机定子110无摩擦驱动，X向光栅尺113与X向读数头112配合实现X运动板103位置的闭环反馈，进而实现XY运动平台100的X向精确定位。

所述弹簧板组件200包括姿态可调板201，所述姿态可调板201的上方设置有弹簧板202，所述弹簧板202的一端通过通过弹簧板固定件203固定在姿态可调板201上，另一端通过轴承压板205压紧在姿态可调板201上，弹簧板202的中部通过弹簧板转接件204安装在XY运动平台100的X运动板103上。

所述俯仰轴气浮组件300包括俯仰轴底座301和俯仰调节气垫302，所述俯仰调节气垫302通过俯仰气垫球头螺杆308安装在俯仰轴底座301上，所述俯仰调节气垫302上安装有俯仰气垫调速阀307，俯仰气垫调速阀307通气后，俯仰调节气垫302与基准平台001之间会形成一层气膜，俯仰调节气垫302可沿基准平台001表面做无摩擦运动，所述俯仰气垫球头螺杆308的下端安装有俯仰轴摆杆303，所述俯仰轴摆杆303的下方安装有俯仰轴凸轮随动器304，所述俯仰轴底座301的侧面安装有俯仰轴电动滑台305，俯仰轴电动滑台305的运动部分前端与俯仰轴凸轮随动器304紧贴在一起，俯仰轴拉紧弹簧

306的一端挂在俯仰轴电动滑台305的运动部分前端，另一端挂在俯仰轴摆杆303上，使得俯仰轴电动滑台305的运动部分前端与俯仰轴凸轮随动器304在俯仰轴电动滑台305运动过程中保持紧贴状态，通过俯仰轴电动滑台305带动俯仰轴摆杆303运动，可实现俯仰气垫球头螺杆308的螺旋运动，最终实现俯仰调节气垫302的升降。

所述偏摆轴气浮组件400包括偏摆轴底座401和偏摆调节气垫402，所述偏摆调节气垫402通过偏摆气垫球头螺杆408安装在偏摆轴底座401上，所述偏摆调节气垫402上安装有偏摆气垫调速阀407，偏摆气垫调速阀407通气后，偏摆调节气垫402与基准平台001之间会形成一层气膜，偏摆调节气垫402可沿基准平台001表面做无摩擦运动，所述偏摆气垫球头螺杆408的下端安装有偏摆轴摆杆403，所述偏摆轴摆杆403的下方安装有偏摆轴凸轮随动器404，所述偏摆轴底座401的侧面安装有偏摆轴电动滑台405，偏摆轴电动滑台405的运动部分前端与偏摆轴凸轮随动器404紧贴在一起，偏摆轴拉紧弹簧

406的一端挂在偏摆轴电动滑台405的运动部分前端，另一端挂在偏摆轴摆杆403上，使得偏摆轴电动滑台405的运动部分前端与偏摆轴凸轮随动器404在偏摆轴电动滑台405运动过程中保持紧贴状态，通过偏摆轴电动滑台405带动偏摆轴摆杆403运动，可实现偏摆气垫球头螺杆408的螺旋运动，最终实现偏摆调节气垫402的升降。

所述基准气浮组件500包括基准气垫底座501和基准气垫502，所述基准气垫502通过基准气垫球头螺杆504安装在基准气垫底座501上，基准气垫502上安装有基准气垫调速阀503，通过基准气垫球头螺杆504旋转运动可实现基准气垫502的升降，基准气垫调速阀503通气后，基准气垫502与基准平台001之间会形成一层气膜，基准气垫502可沿基准平台001表面做无摩擦运动。

所述俯仰调节气垫302的顶面、所述偏摆调节气垫402的顶面、以及基准气垫502的顶面分别与所述基准平台001相接触。

本发明通过XY运动平台100实现显微激光***600的精确定位；俯仰轴气浮组件300、偏摆轴气浮组件400、基准气浮组件500与弹簧板组件200吸收了Y向导轨104和X向导轨109带来的跳动，为显微激光***600等具备光学对准、光学测距功能的***具备更优越的性能提供了基础条件；俯仰轴电动滑台305、偏摆轴电动滑台405的分别驱动俯仰调节气垫302、偏摆调节气垫402升降，通过弹簧板202的变形实现姿态可调板201俯仰、偏摆运动，最终实现显微激光***600的姿态调整。

本发明分别通过旋转俯仰气垫球头螺杆308、偏摆气垫球头螺杆408、基准气垫球头螺杆504控制俯仰调节气垫302、偏摆调节气垫402、基准气垫502的升降，进而使得弹簧板组件200的弹簧板202中部产生足够形变，使弹簧板转接件204与姿态可调板201产生1-2mm的缝隙，此时弹簧板组件200具备姿态调整功能；俯仰调节气垫302、偏摆调节气垫402、基准气垫502与基准平台001之间紧密接触，通正压后，俯仰调节气垫302、偏摆调节气垫402和基准气垫502分别与基准平台001之间形成一层均匀的气膜，使显微激光***600可沿基准平台001低摩擦运动，通过弹簧板202吸收Y向导轨104和X向导轨109带来的跳动。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进、部件拆分或组合等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种显微激光***姿态调整精密运动平台，其特征在于：包括基准平台，所述基准平台的底部安装有XY运动平台，所述XY运动平台的底部安装有弹簧板组件，所述弹簧板组件上靠近三个顶角的位置处分别安装有俯仰轴气浮组件、偏摆轴气浮组件和基准气浮组件，所述弹簧板组件的底部安装有显微激光***。

2.根据权利要求1所述的一种显微激光***姿态调整精密运动平台，其特征在于：所述XY运动平台包括安装在基准平台底部的XY底板，所述XY底板的底部设置有一对Y向导轨，一对所述Y向导轨上滑动安装有Y运动板，所述XY底板的底部一侧且靠近Y向导轨的位置安装有Y向光栅尺，所述Y运动板上安装有Y向读数头，且所述Y向读数头位于Y向光栅尺的正下方，所述XY底板的底端中部安装有Y向直线电机定子，所述Y运动板上安装有与所述Y向直线电机定子配合使用的Y向直线电机动子，所述Y运动板的底部安装有一对垂直于Y向导轨的X向导轨，一对所述X向导轨上滑动安装有X运动板，所述Y运动板的底部一侧且靠近X向导轨的位置安装有X向光栅尺，所述X运动板上安装有X向读数头，且所述X向读数头位于X向光栅尺的正下方，所述Y运动板的底端中部安装有X向直线电机定子，所述X运动板上安装有与所述X向直线电机定子配合使用的X向直线电机动子。

3.根据权利要求2所述的一种显微激光***姿态调整精密运动平台，其特征在于：所述弹簧板组件包括姿态可调板，所述姿态可调板的上方设置有弹簧板，所述弹簧板的一端通过通过弹簧板固定件固定在姿态可调板上，另一端通过轴承压板压紧在姿态可调板上，弹簧板的中部通过弹簧板转接件安装在XY运动平台的X运动板上。

4.根据权利要求3所述的一种显微激光***姿态调整精密运动平台，其特征在于：所述俯仰轴气浮组件包括俯仰轴底座和俯仰调节气垫，所述俯仰调节气垫通过俯仰气垫球头螺杆安装在俯仰轴底座上，所述俯仰调节气垫上安装有俯仰气垫调速阀，所述俯仰气垫球头螺杆的下端安装有俯仰轴摆杆，所述俯仰轴摆杆的下方安装有俯仰轴凸轮随动器，所述俯仰轴底座的侧面安装有俯仰轴电动滑台，俯仰轴电动滑台的运动部分前端与俯仰轴凸轮随动器紧贴在一起，俯仰轴拉紧弹簧的一端挂在俯仰轴电动滑台的运动部分前端，另一端挂在俯仰轴摆杆上，使得俯仰轴电动滑台的运动部分前端与俯仰轴凸轮随动器在俯仰轴电动滑台运动过程中保持紧贴状态。

5.根据权利要求4所述的一种显微激光***姿态调整精密运动平台，其特征在于：所述偏摆轴气浮组件包括偏摆轴底座和偏摆调节气垫，所述偏摆调节气垫通过偏摆气垫球头螺杆安装在偏摆轴底座上，所述偏摆调节气垫上安装有偏摆气垫调速阀，所述偏摆气垫球头螺杆的下端安装有偏摆轴摆杆，所述偏摆轴摆杆的下方安装有偏摆轴凸轮随动器，所述偏摆轴底座的侧面安装有偏摆轴电动滑台，偏摆轴电动滑台的运动部分前端与偏摆轴凸轮随动器紧贴在一起，偏摆轴拉紧弹簧的一端挂在偏摆轴电动滑台的运动部分前端，另一端挂在偏摆轴摆杆上，使得偏摆轴电动滑台的运动部分前端与偏摆轴凸轮随动器在偏摆轴电动滑台运动过程中保持紧贴状态。

6.根据权利要求5所述的一种显微激光***姿态调整精密运动平台，其特征在于：所述基准气浮组件包括基准气垫底座和基准气垫，所述基准气垫通过基准气垫球头螺杆安装在基准气垫底座上，基准气垫上安装有基准气垫调速阀。

7.根据权利要求6所述的一种显微激光***姿态调整精密运动平台，其特征在于：所述俯仰调节气垫的顶面、所述偏摆调节气垫的顶面、以及基准气垫的顶面分别与所述基准平台相接触。