專(zhuān)利名稱(chēng)：一種用于光電子器件封裝的精密對(duì)接裝置的制作方法
所屬技術(shù)領(lǐng)域本項(xiàng)發(fā)明屬于光機(jī)電一體化技術(shù)領(lǐng)域，它特別涉及光電子器件精密封裝技術(shù)。
背景技術(shù)：
封裝與光電子器件的可靠性關(guān)系極大，光電子集成器件的封裝成本約占其總成本的70-90％。自動(dòng)對(duì)接裝置及技術(shù)是光電子器件封裝的關(guān)鍵技術(shù)，它可以降低生產(chǎn)成本，提高生產(chǎn)效率，保證器件質(zhì)量。在精密微動(dòng)對(duì)接機(jī)構(gòu)的研究中，并聯(lián)機(jī)構(gòu)尤其引起人們的關(guān)注，這主要是因?yàn)椴⒙?lián)機(jī)構(gòu)具有以下優(yōu)點(diǎn)(1)結(jié)構(gòu)緊湊(2)設(shè)計(jì)加工簡(jiǎn)單，對(duì)溫度的靈敏度不高(3)驅(qū)動(dòng)器可置于基架上(4)誤差積累及放大小(5)固有頻率高，避免了由震動(dòng)引入的不可控制重復(fù)誤差。
斯陶頓(Stoughton)設(shè)計(jì)了一種由兩個(gè)并聯(lián)機(jī)構(gòu)組成的微動(dòng)機(jī)器人，每個(gè)并聯(lián)機(jī)構(gòu)由六個(gè)壓電元件組成；胡根茲(Hudgens)和特塞(Tesar)提出了一種完全并聯(lián)的斯蒂瓦特(Stewart)平臺(tái)微動(dòng)機(jī)器人；國(guó)內(nèi)一些單位也研制了基于一般型Stewart結(jié)構(gòu)的六自由度并聯(lián)微動(dòng)機(jī)器人(哈爾濱工業(yè)大學(xué))、混聯(lián)六自由度微動(dòng)機(jī)器人(北京航空航天大學(xué))、基于德?tīng)査?Delta)機(jī)構(gòu)的細(xì)胞操作微動(dòng)機(jī)器人(同濟(jì)大學(xué))及并聯(lián)微動(dòng)解耦結(jié)構(gòu)微動(dòng)機(jī)器人(燕山大學(xué))。他們?yōu)槲?dòng)機(jī)器人的發(fā)展與進(jìn)步作出了貢獻(xiàn)，其中一些研究成果已申請(qǐng)了專(zhuān)利。目前有關(guān)光電子器件自動(dòng)封裝的文獻(xiàn)報(bào)道不多，據(jù)發(fā)明人所知，有關(guān)光電子器件封裝的精密對(duì)接裝置的專(zhuān)利文獻(xiàn)幾乎沒(méi)有。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種用于光電子器件封裝的精密對(duì)接裝置，這種裝置具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊、控制簡(jiǎn)單、運(yùn)動(dòng)分辨率高、運(yùn)動(dòng)解耦、動(dòng)態(tài)性能好等優(yōu)點(diǎn)，能實(shí)現(xiàn)高分辨率的微動(dòng)對(duì)接封裝操作，以提高光電子器件的封裝成品率。
本發(fā)明的用于光電子器件封裝的精密對(duì)接裝置的技術(shù)方案如下本發(fā)明提供的一種用于光電子器件封裝的精密對(duì)接裝置，如圖1所示，其特征在于它是由基座(1)、雙向平動(dòng)平臺(tái)(2、27)、四個(gè)定位座(4、7、23、26)、動(dòng)平臺(tái)(9)、定長(zhǎng)桿(6、19、20、24)、上光纖夾緊裝置、下光纖夾具(10)、以及激光焊槍(11、16、22)組成；所說(shuō)的定長(zhǎng)桿為4個(gè)，定長(zhǎng)桿(6、19、20、24)的一端通過(guò)球鉸與動(dòng)平臺(tái)(8)相聯(lián)，在定長(zhǎng)桿(6、20)的另一端與定位座(4、23)通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)副相聯(lián)，定長(zhǎng)桿(19、24)通過(guò)虎克鉸或球鉸與定位座(7、26)相聯(lián)，從而形成了空間并聯(lián)閉鏈機(jī)構(gòu)；所說(shuō)的雙向平動(dòng)平臺(tái)可以位于基座(1)的上方(如圖1所示的(2、27))，也可以位于機(jī)架上部(如圖2所示的(38、40))；所說(shuō)的下光纖夾具(10)固定在動(dòng)平臺(tái)(9)之上，上光纖夾緊裝置由弧形柔性彈簧12、光纖夾具13、微位移驅(qū)動(dòng)器14組成，位于機(jī)架上部；激光焊槍(11、16、22)位于環(huán)形托架(17)上互成120°均勻分布，環(huán)形托架(17)與機(jī)架剛性固聯(lián)。
需要說(shuō)明的是所述的定位座由平行板柔性移動(dòng)副67、微位移驅(qū)動(dòng)器66、定位座座體65組成，由圖5所示；上述的球鉸、虎克鉸和轉(zhuǎn)動(dòng)副均為柔性鉸結(jié)構(gòu)；所說(shuō)的微位移驅(qū)動(dòng)器(14、66)可以是壓電陶瓷微位移驅(qū)動(dòng)器，也可以是其它類(lèi)型的微位移驅(qū)動(dòng)器；上述的固定光纖的夾具(10、13)可采用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，也可采用氣動(dòng)；由弧形柔性彈簧12、光纖夾具13、微位移驅(qū)動(dòng)器14組成上光纖夾緊裝置，可實(shí)現(xiàn)Y軸方向的微平動(dòng)；所說(shuō)的雙向平動(dòng)平臺(tái)可在步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)下可實(shí)現(xiàn)X、Y軸方向的平動(dòng)；需要說(shuō)明的是環(huán)形托架(17)上可以設(shè)置有兩個(gè)CCD攝像頭(15、18)，分別用于檢測(cè)光纖在X軸和Y軸方向的對(duì)準(zhǔn)誤差；激光焊槍(11、16、22)，用于對(duì)接光纖的熔化焊接。
由于本發(fā)明采用了空間四自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)，而空間四自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)具有運(yùn)動(dòng)精度高、運(yùn)動(dòng)解耦等特點(diǎn)，如圖3所示。因此本發(fā)明提供的用于光電子器件封裝的精密對(duì)接裝置具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊、控制簡(jiǎn)單、運(yùn)動(dòng)分辨率高、運(yùn)動(dòng)解耦、動(dòng)態(tài)性能好等優(yōu)點(diǎn)，它能夠?qū)崿F(xiàn)高分辨率的微動(dòng)對(duì)接封裝操作，以提高光電子器件的封裝成品率。
附圖及


附圖1為本發(fā)明的用于光電子器件封裝的精密對(duì)接裝置實(shí)施例一的總體結(jié)構(gòu)示意中1.基座，2.X向移動(dòng)平臺(tái)，3.步進(jìn)電機(jī)，4.定位座，5.柔性轉(zhuǎn)動(dòng)副，6.定長(zhǎng)桿，7.定位座，8.柔性球鉸，9.動(dòng)平臺(tái)，10.光纖夾具，11.激光焊槍?zhuān)?2.弧形柔性彈簧，13.光纖夾具，14.微位移驅(qū)動(dòng)器，15.CCD攝像頭，16.激光焊槍?zhuān)?7.環(huán)形托架，18.CCD攝像頭，19.定長(zhǎng)桿，20.定長(zhǎng)桿，21.柔性球鉸，22.激光焊槍?zhuān)?3.定位座，24.定長(zhǎng)桿，25柔性虎克鉸或球鉸，26.定位座，27.Y向移動(dòng)平臺(tái)，28.步進(jìn)電機(jī)。
附圖2為本發(fā)明的用于光電子器件封裝的精密對(duì)接裝置實(shí)施例二的總體結(jié)構(gòu)示意中29.基座，30.定位座，31.柔性轉(zhuǎn)動(dòng)副，32.定長(zhǎng)桿，33.定位座，34.柔性球鉸，35.動(dòng)平臺(tái)，36.光纖夾具，37.步進(jìn)電機(jī)，38.Y向移動(dòng)平臺(tái)，39.激光焊槍?zhuān)?0.X向移動(dòng)平臺(tái)，41.步進(jìn)電機(jī)，42.弧形柔性彈簧，43.CCD攝像頭，44.微位移驅(qū)動(dòng)器，45.激光焊槍?zhuān)?6.光纖夾具，47.CCD攝像頭，48.環(huán)形托架，49.定長(zhǎng)桿，50.激光焊槍?zhuān)?1.定長(zhǎng)桿，52.柔性球鉸，53.定位座，54.定長(zhǎng)桿，55.柔性虎克鉸或球鉸，56.定位座。
附圖3為空間四自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)的示意中C1、C2、C3、C4表示球鉸，B1、B3表示虎克鉸或球鉸，B2、B4表示轉(zhuǎn)動(dòng)副。
附圖4為激光焊槍的精密微調(diào)機(jī)構(gòu)的示意中57.轉(zhuǎn)動(dòng)銷(xiāo)，58.激光焊槍?zhuān)?9.小卡環(huán)，60.微調(diào)螺釘，61.大卡環(huán)，62.轉(zhuǎn)動(dòng)銷(xiāo)，63.支撐橫梁，64.支承座。
附圖5為定位座結(jié)構(gòu)示意圖附圖6為附圖5中定位座的A-A向剖視結(jié)構(gòu)示意中65為定位座座體，66為微位移驅(qū)動(dòng)器，67為平行板柔性移動(dòng)副。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖，詳細(xì)介紹本發(fā)明的兩種基于四自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)的用于光電子器件封裝的精密對(duì)接裝置實(shí)施例的結(jié)構(gòu)及工作原理。
實(shí)施例一附圖1是本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例。這種用于光電子器件封裝的精密對(duì)接裝置由基座(1)、動(dòng)平臺(tái)(9)、定長(zhǎng)桿(6、19、20、24)、定位座(4、7、23、26)、微位移驅(qū)動(dòng)器、雙向平動(dòng)平臺(tái)(2、27)以及光纖夾具(10、13)等組成。基座1與動(dòng)平臺(tái)9之間由4個(gè)定長(zhǎng)桿相聯(lián)，其中兩個(gè)定長(zhǎng)桿(6、20)一端與定位座(4、23)上的平行板移動(dòng)副通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)副相聯(lián)，另一端通過(guò)球鉸與動(dòng)平臺(tái)(9)相聯(lián)，另外兩個(gè)定長(zhǎng)桿(19、24)一端通過(guò)虎克鉸或球鉸與定位座(7、26)上的平行板移動(dòng)副相聯(lián)，另一端通過(guò)球鉸與動(dòng)平臺(tái)(9)相聯(lián)，從而形成了空間并聯(lián)機(jī)構(gòu)。所說(shuō)的轉(zhuǎn)動(dòng)副、虎克鉸或球鉸都指的是柔性鉸鏈，平行板移動(dòng)副均采用微位移器驅(qū)動(dòng)。在動(dòng)平臺(tái)(9)和上機(jī)架上均設(shè)置有裝夾光纖的夾具(10、13)，其中上機(jī)架上的光纖夾具(13)可在一側(cè)的微位移驅(qū)動(dòng)器的驅(qū)動(dòng)下實(shí)現(xiàn)Y軸方向的微移動(dòng)，另一側(cè)設(shè)置有弧形柔性彈簧(12)，微位移驅(qū)動(dòng)器(14)的座體及弧形柔性彈簧(12)的座體與上機(jī)架剛性固聯(lián)?；习惭b有雙向平動(dòng)平臺(tái)(2、27)，雙向平動(dòng)平臺(tái)可在步進(jìn)電機(jī)(3、28)的驅(qū)動(dòng)下實(shí)現(xiàn)X、Y軸方向的平動(dòng)，定位座(4、7、23、26)、定長(zhǎng)桿(6、19、20、24)、動(dòng)平臺(tái)(9)以及動(dòng)平臺(tái)上的光纖夾具(10)均可隨著雙向平動(dòng)平臺(tái)(2、27)的移動(dòng)而移動(dòng)。環(huán)形托架(17)上設(shè)置有兩個(gè)CCD攝像頭(15、18)，用于提供精密位置反饋信息，環(huán)形托架(17)上還設(shè)置有三個(gè)互為120°的激光焊槍(11、16、22)，用于對(duì)接光纖的熔化焊接，激光焊槍(11、16、22)的精密微調(diào)機(jī)構(gòu)如圖4所示。
實(shí)施例二附圖2是本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例。由基座(29)、動(dòng)平臺(tái)(35)、定長(zhǎng)桿(32、49、51、54)、定位座(30、33、53、56)、微位移驅(qū)動(dòng)器、雙向平動(dòng)平臺(tái)(38、40)以及光纖夾具(36、46)等組成?；?9與動(dòng)平臺(tái)35之間由4個(gè)定長(zhǎng)桿相聯(lián)，其中兩個(gè)定長(zhǎng)桿(32、51)一端與定位座上的平行板移動(dòng)副通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)副相聯(lián)，另一端通過(guò)球鉸與動(dòng)平臺(tái)(35)相聯(lián)，另外兩個(gè)定長(zhǎng)桿(49、54)一端通過(guò)虎克鉸或球鉸與定位座上的平行板移動(dòng)副相聯(lián)，另一端通過(guò)球鉸與動(dòng)平臺(tái)(35)相聯(lián)，從而形成了空間并聯(lián)機(jī)構(gòu)。定位座上設(shè)置有微位移驅(qū)動(dòng)器，所說(shuō)的轉(zhuǎn)動(dòng)副、虎克鉸或球鉸都指的是柔性鉸鏈，平行板移動(dòng)副均采用微位移器驅(qū)動(dòng)。在動(dòng)平臺(tái)(35)和上機(jī)架上均設(shè)置有光纖夾具(36、46)，其中上機(jī)架上的光纖夾具(46)可在一側(cè)的微位移驅(qū)動(dòng)器(44)的驅(qū)動(dòng)下實(shí)現(xiàn)Y軸方向的微移動(dòng)，另一側(cè)設(shè)置有圓弧形彈性副(42)，微位移驅(qū)動(dòng)器(44)的座體及弧形柔性彈簧(42)的座體與上機(jī)架剛性固聯(lián)。上機(jī)架上設(shè)置有雙向平動(dòng)平臺(tái)(38、40)，可在步進(jìn)電機(jī)(37、41)的驅(qū)動(dòng)下帶動(dòng)其上的微位移驅(qū)動(dòng)器(44)、光纖夾具(46)以及弧形柔性彈簧(42)實(shí)現(xiàn)X、Y軸方向的平動(dòng)。環(huán)形托架(48)上設(shè)置有兩個(gè)CCD攝像頭(43、47)以及三個(gè)互為120°的激光焊槍(39、45、50)，激光焊槍(11、16、22)的精密微調(diào)機(jī)構(gòu)如圖4所示。。
附圖4為激光焊槍的精密微調(diào)機(jī)構(gòu)的示意圖。圖中57、62為銷(xiāo)軸，58為激光焊槍?zhuān)?9、61為卡環(huán)，60為微調(diào)螺釘，63為橫梁，64為支承座。通過(guò)調(diào)整微調(diào)螺釘60可以微細(xì)調(diào)整激光焊槍的上下姿態(tài)。
需要說(shuō)明的是，上述實(shí)施例一與實(shí)施例二的區(qū)別是所說(shuō)的雙向平動(dòng)平臺(tái)可以位于基座(1)的上方，如圖1所示中的(2、27)；也可以位于機(jī)架上部，如圖2所示中的(38、40)。
本發(fā)明的工作過(guò)程本發(fā)明用于光電子器件封裝的過(guò)程可分為粗對(duì)接和精對(duì)接兩個(gè)操作過(guò)程。粗對(duì)接首先打開(kāi)激光光源和光功率計(jì)，啟動(dòng)功率檢測(cè)程序，通過(guò)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)雙向平動(dòng)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)進(jìn)行光功率搜索，當(dāng)檢測(cè)到的光功率超過(guò)某一設(shè)定的噪聲水平時(shí)，啟動(dòng)精對(duì)接過(guò)程進(jìn)行微動(dòng)調(diào)節(jié)；通過(guò)控制位于雙向平動(dòng)平臺(tái)上的4個(gè)微位移驅(qū)動(dòng)器以及位于機(jī)架上的微位移驅(qū)動(dòng)器，在功率系統(tǒng)的導(dǎo)引下進(jìn)行精密微動(dòng)對(duì)接，直到搜索到最大功率點(diǎn)為止。對(duì)接完成后在啟用激光焊槍照射結(jié)合處，完成對(duì)接光纖的熔化焊接工作。
這種用于光電子器件封裝的精密對(duì)接裝置具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊、制造成本低、控制簡(jiǎn)單、運(yùn)動(dòng)分辨率高、動(dòng)態(tài)特性好、運(yùn)動(dòng)解耦、累積誤差小等優(yōu)點(diǎn)，可實(shí)現(xiàn)高分辨率的微動(dòng)對(duì)接操作，提高光電子器件封裝的成品率。并可應(yīng)用于其它諸如精細(xì)加工、集成電路制造、CCD對(duì)接、生物和遺傳工程、微型外科手術(shù)、微電子裝配等領(lǐng)域和其它處理微小物體、進(jìn)行微細(xì)定位和微操作的場(chǎng)合。
權(quán)利要求
1.一種用于光電子器件封裝的精密對(duì)接裝置，其特征在于它是由基座(1)、雙向平動(dòng)平臺(tái)(2、27)、四個(gè)定位座(4、7、23、26)、動(dòng)平臺(tái)(9)、定長(zhǎng)桿(6、19、20、24)、上光纖夾緊裝置、下光纖夾具(10)、以及激光焊槍(11、16、22)組成；所說(shuō)的定長(zhǎng)桿為4個(gè)，定長(zhǎng)桿(6、19、20、24)的一端通過(guò)球鉸與動(dòng)平臺(tái)(8)相聯(lián)，在定長(zhǎng)桿(6、20)的另一端與定位座(4、23)通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)副相聯(lián)，定長(zhǎng)桿(19、24)通過(guò)虎克鉸或球鉸與定位座(7、26)相聯(lián)，從而形成了空間并聯(lián)閉鏈機(jī)構(gòu)；所說(shuō)的雙向平動(dòng)平臺(tái)(2、27)可以位于基座(1)的上方，也可以位于機(jī)架上部；所說(shuō)的下光纖夾具(10)固定在動(dòng)平臺(tái)(9)之上，上光纖夾緊裝置由弧形柔性彈簧12、光纖夾具13、微位移驅(qū)動(dòng)器14組成，位于機(jī)架上部；定位座(4、7、23、26)由平行板柔性移動(dòng)副67、微位移驅(qū)動(dòng)器66、定位座座體65組成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于光電子器件封裝的精密對(duì)接裝置，其特征是所述的微位移驅(qū)動(dòng)器(14)和(66)可以采用壓電陶瓷微位移驅(qū)動(dòng)器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于光電子器件封裝的精密對(duì)接裝置，其特征是所述的固定光纖的下光纖夾具(10)和光纖夾具(13)可以采用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，也可以采用氣動(dòng)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于光電子器件封裝的精密對(duì)接裝置，其特征是所述的激光焊槍(11、16、22)位于環(huán)形托架(17)上互成120°均勻分布，環(huán)形托架(17)與機(jī)架剛性固聯(lián)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于光電子器件封裝的精密對(duì)接裝置，其特征是所述的環(huán)形托架(17)上可以設(shè)置有兩個(gè)CCD攝像頭(15、18)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于光電子器件封裝的精密對(duì)接裝置，其特征是所述的球鉸、虎克鉸和轉(zhuǎn)動(dòng)副均為柔性鉸結(jié)構(gòu)。
全文摘要
本發(fā)明提供的一種用于光電子器件封裝的精密對(duì)接裝置，它是由基座(1)、雙向平動(dòng)平臺(tái)、四個(gè)定位座(4、7、23、26)、動(dòng)平臺(tái)(9)、定長(zhǎng)桿(6、19、20、24)、上光纖夾緊裝置(13)、下光纖夾具(10)等組成；定長(zhǎng)桿(6、19、20、24)的一端通過(guò)球鉸與動(dòng)平臺(tái)(8)相聯(lián)，在定長(zhǎng)桿(6、20)的另一端與定位座(4、23)通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)副相聯(lián)，定長(zhǎng)桿(19、24)通過(guò)虎克鉸或球鉸與定位座(7、26)相聯(lián)，構(gòu)成空間并聯(lián)閉鏈機(jī)構(gòu)。本發(fā)明具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊、控制簡(jiǎn)單、運(yùn)動(dòng)分辨率高、運(yùn)動(dòng)解耦、動(dòng)態(tài)性能好等優(yōu)點(diǎn)，它能夠?qū)崿F(xiàn)高分辨率的微動(dòng)對(duì)接封裝操作，以提高光電子器件的封裝成品率。
文檔編號(hào)H01L21/50GK1614758SQ20031011084
公開(kāi)日2005年5月11日 申請(qǐng)日期2003年11月4日 優(yōu)先權(quán)日2003年11月4日
發(fā)明者范守文, 李輝, 吳獻(xiàn)鋼, 陳暢, 袁太文, 洪濤 申請(qǐng)人:電子科技大學(xué)