无反座力的直线电机微机电系统的制作方法

本发明涉及一种直线电机及其在半导体键合中的应用技术。

背景技术：

1、半导体制造装置中固晶设备的bonding head（键合机头）是芯片键合过程中很关键的一个传动结构，bonding head的传动精度直接影响到芯片键合的质量和生产效率，由于对生产效率的要求，bonding head的传动产生了振动现象，振动的出现就直接影响到bonding head的传动精度以及整个系统中零部件的运动精度，从而直接影响芯片的键合精度、视觉检测、和质量及稳定性。

2、目前bonding head的传动结构用的是滚珠丝杠加导轨的传动结构，防振方法是在滚珠丝杠的端部加工反向的丝杠部分，反向丝杠上安装平衡块，当电机带动滚珠丝杠转动时，bonding head部分和平衡块部分会以相反的方向运动，从而实现防振。这种传动对丝杠的加工精度要求很高，在滚珠丝杠的一端还需加工反向的丝杠，无疑又增加了滚珠丝杠制作的成本和设备占用空间。

3、直线电机能够将电能直接转换成直线运动机械能，而不需要任何中间转换机构的传动装置。直线电机的工作原理：当初级绕组通入交流电源时，便在气隙中产生行波磁场，次级在行波磁场切割下，将感应出电动势并产生电流，该电流与气隙中的磁场相作用就产生电磁推力。如果初级固定，则次级在推力作用下做直线运动；反之，则初级做直线运动。

4、申请号为2023101364697的发明提供了一种减振固晶结构及固晶设备，具体包括机架和安装于机架上的第一横梁；第一横梁上安装有第一驱动组件，第一驱动组件的第一驱动端及第二驱动端能沿第一方向移动；第一驱动端上安装有固晶组件，第二驱动端上安装有平衡块；其中，平衡块的移动方向与固晶组件的移动方向相反。该设备通过平衡块相对于固晶组件的反向运动，产生与固晶组件相反的运动趋势，从而抵消固晶组件在加速及减速过程中所产生的振动。该发明具有两种独立的驱动组件，所用的机电零部件过多，但其减振效果可以给本技术有益的借鉴。

技术实现思路

1、发明目的：提供了一种减振效果好、能够根据键合、视觉检测、抓取或吸附机头重量自动调节行程、键合位置自动对位的无反座力的直线电机微机电系统，克服传统滚珠丝杠式机台的震动影响精度、制作成本偏高的缺点。

2、技术方案：

3、本发明的浮动式直线电机减振装置，主要采用了直线电机模组的工作原理，可应用于半导体封测行业和先进半导体制造装置及高精度生产制造装备。

4、具有基座，基座上可具有安装平台，在其上安装定子部件、动子部件、或可有缓冲器。

5、定子部件具有滑块式定子（可以在导轨上滑动）、平直的定子导轨，定子活动安装在定子导轨上，并能在其上直线滑动。这样直线电机的定子就处于浮动的状态。

6、动子部件具有滑块式动子（可以在导轨上滑动）、动子导轨，动子活动安装在动子导轨上，并能在其上直线滑动。这样动子也处于浮动的状态。

7、所述的定子与所述的转子一起构成一种直线电机模组，定子与动子主要是依靠电磁力相互吸引或相互排斥的联动机构。

8、所述的定子由定子铁芯（或及其绕组，具有连续相间排列的多组n磁极、s磁极）、机座等零件组成。定子的主要作用是产生直线往复运动磁场。

9、所述的动子由动子绕组、电动执行器和电子接口等零件组成。在定子直线往复运动磁场中，动子受到电磁力的驱动，进行直线往复运动。

10、动子部件设置在定子部分的侧边或者上方、下方，定子导轨与动子导轨相互平行。所述的定子和动子之间依靠工字u型结构件活动连接在一起，动子工字型凸块能够在定子u型沟槽中进行滑动移动（工字型的短横线和竖线在u形槽中空部位中，工字型的长横线在u形槽的端口外）。

11、动子上可安装有bonding head（键合机头）、摄像机头（或视觉检测机头）、电动抓取机头或气动吸取机头，动子直线移动时，能够带动键合机头、摄像机头、电动抓取机头或气动吸取机头移动到需要键合、拍摄、抓取或吸取的芯片或其它电子元件上方，将芯片或其它电子元件键合在需要键合的引线框架上或线路板上，或者拍摄影像、抓取或者吸取芯片或其它电子元件到需要处理的工位上。

12、缓冲器设置在定子导轨的两端，其安装位置可以按需调节。定子浮动移动（平直往复移动）的范围（行程或振幅）主要依靠直线电机的零部件参数所决定。

13、缓冲器的作用，如果直线电机定子的移动超过预期或不返回，则与直线电机定子接触，使其处于正确的位置范围内或者返回，即依靠缓冲器预防意外情况下定子的过度移动幅度。如果定子正常运动到两端时，定子接近缓冲器基本无接触，定子始终呈自由状态而又能防止过多的移动幅度；即正常状况下缓冲器可以不起作用。

14、另外，安装平台上可以安装有光栅尺，直线电机的动子上安装有光栅读头；有光栅读头与光栅尺配合，便于读取光栅尺上尺寸，精确定位bonding head的键合位置，能够将芯片需要键合的位置精确确定；或者摄像机头、电动抓取机头或气动吸取机头的精确位置，能够将芯片或其它电子元件精确成像或取放到位。

15、直线电机动子以极高和极小的加速度快速启动或停止时，这时候由于直线电机定子是浮动状态，定子会以动子相反的方向运动，从而极大地消除了系统的振动。

16、根据动量守恒定律：m1v1=m2v2（其中，m1-定子或及其负载的质量之和，v1-定子初速度-往复移动的最大速度；m2-动子及其负载的质量之和。v2-动子初速度）可知，直线电机模块构成的系统中，在定子与动子之间除了电磁力引起的相互作用之外，在水平方向没有受到其它外力的作用，该系统在水平方向将遵守动量守恒定律。m1与m2之比与它们各自的初速度成反比。

17、并且，该系统在直线运动状态中还满足能量守恒定律：fs=1/2mv2。（其中，f-定子与动子相互作用的电磁力，s-定子或动子的最大位移或振幅，m-定子或动子质量，v-定子或动子初速度）。定子质量较大，其前后往复移动的初速度较小、位移较小；动子质量较小，其前后往复移动的初速度较大，位移较大。

18、优选，在定子或及动子上分别加载有质量可调节的配重块（定子和动子上可分别设置有配重块装载台），使得定子（及其上的配重块）与动子（及其上的配重块、键合机头）之间的质量比可以调节。并可调节定子与动子之间的往复移动位移量的比值，从而调节定子相对于动子往复移动量的比值，控制浮动定子自由移动的位移量或往复移动的幅度。

19、有益效果：

20、本技术的直线电机传动结构简单，只有定子和动子产生相对运动，极大地简化了机械结构，且直线电机定子和动子无任何摩擦，无机械磨损，大大地增加了传动的可靠性和稳定性，使用寿命长。

21、直线电机能提供较大的加速度和较宽的速度范围，运动速度能从每秒几微米到几米之间，尤其高速状态下，其优势较显著。当需要直线运动时，直线电机可以实现直接传动，消除中间环节引起的各种定位误差。因此，定位精度高。

22、直线电机易于磁悬浮支撑，使转子与定子之间始终存在一定的气隙而无接触无机械接触及摩擦阻力，大大提高了系统的灵敏度、快速性和伺服性能。

23、本技术中，采用动力学领域的动量守恒原理，与电磁学的磁感应原理相结合，产生了电磁能与动能的直接转化功效，将直线电子的组成单元（动子、定子）变成了运动动力输出单元（能够并驱动负载移动）。并通过配重块来调节定子相对与动子的位移量，可以更好地控制浮动定子自由移动的位移量。

24、综合以上直线电机诸多优点及运用浮动直线电机定子减振结构的设计，该机械结构能以更高的精度、更高的效率及更高的稳定性和可靠性服务于半导体先进封测行业。