一種連杆機構的製作方法

2024-03-10 06:42:15

本發明屬於機械技術領域，涉及一種適用於半導體封裝設備的連杆機構，特別涉及一種適用於手動及半自動壓焊鍵合設備的連杆機構。

背景技術：

鍵合是把電路晶片上已金屬化的電路引出端或電極與裝配晶片的金屬引線框架或外殼引出電極線一一對應連接起來的焊接工藝。作為鍵合設備的一種，鍵合機通過瓷嘴或者劈刀引導金屬引線(金線、銅線、鋁線等)在三維空間中作複雜的運動，形成各種滿足不同封裝形式需要的線弧。

隨著半導體封裝產業和封裝技術的高速發展，晶片越來越小，但焊接的區域面積越來越來大，焊接精度越來越高，傳統擺結構的鍵合頭往往不能更好的滿足封裝需求，直上直下的鍵合頭形式越來越多被運用到鍵合機的綁頭的鍵合形式。

圖1所示為目前運用到手動鍵合機的連杆機構，其主要包括固定件10、上連杆20、擺頭30、下連杆40和軸承60五個部分。上述傳統的平行四邊形連杆機構，其活動關節(即軸承60)採用的是傳統深溝球軸承，由於深溝球軸承自身的局限(滾柱或者滾柱和內外壁摩擦、遊隙等等)，工件加工和裝配的誤差，使得連杆機構上的換能器50在施加焊接壓力後，其壓力穩定性和一致性會降低；並且由於環境原因，傳統軸承60由於灰塵進入和磨損，在後期維護和安裝上會浪費大量的人力、物力和時間。

綜上所述，為解決現有鍵合機的連杆機構上傳統軸承存在的摩擦力和遊隙問題，需要設計一種比較合理的連杆機構。

技術實現要素：

本發明的目的是針對現有的技術存在上述問題，提出了一種可以避免傳統軸承存在的摩擦力和遊隙問題的連杆機構。

本發明的目的可通過下列技術方案來實現：一種連杆機構，包括依次設置且合圍形成平行四邊形連杆結構的固定件、下連杆、擺頭、上連杆，所述擺頭和固定件相互平行，所述上連杆和下連杆相互平行，該平行四邊形連杆結構的活動關節處均設有軸承結構，且至少一個軸承結構設置為樞軸彈簧軸承結構。

作為本發明的進一步改進，該平行四邊形連杆結構的各個活動關節處均設有樞軸彈簧軸承結構。

作為本發明的進一步改進，所述樞軸彈簧軸承結構包括圓筒形殼體以及呈交叉狀設置在殼體內部的兩個第一板簧，各第一板簧的外壁分別與殼體的內壁相接，所述殼體包括間隙設置的圓形左外殼和圓形右外殼，所述左外殼和右外殼可圍繞殼體的軸心實現圓周方向上的相對旋轉，且左外殼、右外殼旋轉的動力由兩個第一板簧提供。

作為本發明的更進一步改進，所述第一板簧傾斜設置，且第一板簧所在平面分別與水平面和豎直平面相交。

作為本發明的進一步改進，所述樞軸彈簧軸承結構包括樞軸彈簧，所述樞軸彈簧由呈十字交叉狀設置且前後錯位的兩個第二板簧構成，兩個第二板簧分別固定安裝在對應活動關節的兩個部件上。

作為本發明的更進一步改進，所述第二板簧平擺設置，且其中一個第二板簧與水平面平行。

作為本發明的更進一步改進，所述第二板簧設置為平板狀且由高剛度比的材料製得。

作為本發明的又一種改進，所述樞軸彈簧軸承結構包括樞軸彈簧，所述樞軸彈簧設置為豎直的第三板簧，所述第三板簧中由長度邊和寬度邊合圍形成的兩個端面分別連接在對應活動關節的兩個部件上。

作為本發明的更進一步改進，所述第三板簧平擺設置並與水平面垂直。

作為本發明的又一種改進，所述第三板簧設置為可提供回復力的平板狀彈簧。

基於上述技術方案，本發明實施例至少可以產生如下技術效果：在連杆機構的活動關節處應用了樞軸彈簧軸承結構，樞軸彈簧軸承結構內部具有起到彈性樞軸的作用的簧片結構，避免了傳統軸承存在的摩擦力和遊隙問題，而且消除了工件加工偏差造成的安裝間隙，提升了施加焊接壓力穩定性，從而保證了鍵合的可靠性和一致性。

附圖說明

下面結合附圖對本發明的具體實施方式作進一步詳細的說明，其中：

圖1是現有技術中連杆機構的結構示意圖。

圖2是本發明一較佳實施例的結構示意圖。

圖3是本發明一較佳實施例的運動機理圖。

圖4是本發明一較佳實施例中樞軸彈簧軸承結構的結構示意圖。

圖5是圖4另一視角的結構示意圖。

圖6是本發明一較佳實施例中樞軸彈簧軸承結構的安裝狀態圖。

圖7是本發明第二實施例中樞軸彈簧的結構示意圖。

圖8是本發明第二實施例中樞軸彈簧的安裝狀態圖。

圖9是圖8的局部結構示意圖。

圖10是本發明第三實施例中樞軸彈簧的結構示意圖。

圖11是本發明第三實施例中樞軸彈簧的安裝狀態圖。

圖中，10、固定件；20、上連杆；30、擺頭；40、下連杆；50、換能器；60、軸承；70、樞軸彈簧軸承結構；711、左外殼；712、右外殼；713、第一板簧；72、第二板簧；73、第三板簧；80、劈刀；90、工作檯面；100、焊盤。

具體實施方式

以下是本發明的具體實施例並結合附圖，對本發明的技術方案作進一步的描述，但本發明並不限於這些實施例。

本發明保護一種連杆機構，具體是一種使用樞軸彈簧的新型平行四邊形連杆機構，適用於半導體封裝設備領域，特別適用於手動及半自動壓焊鍵合設備，例如手動焊線機等等。

現有技術中連杆機構的活動關節採用傳統深溝球軸承，由於深溝球軸承自身的局限(摩擦、遊隙等等)，工件加工和裝配的誤差，使得連杆機構上的換能器50在施加焊接壓力後，其壓力穩定性和一致性會降低；並且由於環境原因，傳統軸承由於灰塵進入和磨損，在後期維護和安裝上會浪費大量的人力、物力和時間。因此，設計一種比較合理的連杆機構是很有必要的。

下面結合圖2至圖11對本發明提供的技術方案進行更為詳細的闡述。

如圖2所示，本連杆機構包括依次設置且合圍形成平行四邊形連杆結構的固定件10、下連杆40、擺頭30、上連杆20，固定件10作為固定的基座部件，擺頭30工作時作用於受力部件；擺頭30和固定件10相互平行，上連杆20和下連杆40相互平行，該平行四邊形連杆結構的活動關節處均設有軸承結構，且至少一個軸承結構設置為樞軸彈簧軸承結構70。

即：本案中使用樞軸彈簧軸承結構70的連杆機構(平行四邊形連杆機構)其特徵不僅僅局限於單邊四個活動關節(鉸鏈關節)，還同樣適用於雙邊或者類似的平行四邊形連杆機構上任意其中之一的關節處，布局靈活，通用性更廣。

在本發明中，採用樞軸彈簧軸承結構70局部替換或者全部替換現有的傳統軸承60結構(如圖1所示)，樞軸彈簧軸承結構70內部具有簧片結構，其起到彈性樞軸的作用，且為使得工作更加平穩、可靠，優選簧片結構採用高剛度比的材料製得。

本發明保護了一種新型平行四邊形連杆機構，在活動關節處應用了一種樞軸彈簧軸承結構70，避免了傳統軸承存在的摩擦力和遊隙問題，而且消除了工件加工偏差造成的安裝間隙，提升了施加焊接壓力穩定性，從而保證了鍵合的可靠性和一致性。另外，此種類樞軸彈簧軸承結構70對環境因素要求低，便於維護保養。

具體的，本案中連杆機構的活動關節採用樞軸彈簧替換現有的傳統軸承結構，其可以克服現有平行四邊形連杆機構的以下缺陷：採用傳統普通軸承的平行四邊形連杆機構在上下位移運動時的摩擦力；換能器50受力後將力傳導給平行四邊形結構，由於軸承自身遊隙和裝配間隙導致的滑移；安裝工藝的困難；傳統軸承因為長時間使用後，灰塵和油霧進入，需要後期維護和保養。

結合圖3所示，在實際應用中，擺頭30前端安裝有換能器50，在換能器50頭部安裝有劈刀80(該處的劈刀80也可替換為瓷嘴等部件)，半導體封裝設備還包括鍵合工作檯的工作檯面90以及平擺於工作檯面90上的焊盤100，本發明的連杆機構能夠保證鍵合機的綁頭在空間XYZ運動過程中，換能器50始終保持Z向的位移。

其機理在於：平行四邊形連杆機構中，固定件10一般垂直於鍵合工作檯的工作檯面90，固定件10作為固定的基座部件；在鍵合的工作零位時，一般上連杆20和下連杆40平行於工作檯面90，整個平行四邊形連杆機構為一個矩形；當鍵合完畢綁頭抬起，連杆機構變為菱形，但是由於固定件10被固定，擺頭30垂直於工作檯面90並向上運動，從而使換能器50頭部做一個垂直於工作檯面90的直上直下運動；並且在鍵合過程中保證劈刀80或瓷嘴始終垂直於焊盤100且作用力均勻地分布在焊點上。

作為本發明的進一步改進，為進一步克服傳統軸承存在的摩擦力和遊隙問題，消除工件加工偏差造成的安裝間隙，使得工作更加可靠，優選該平行四邊形連杆結構的各個活動關節處均設有樞軸彈簧軸承結構70。具體的，上連杆20的兩端分別通過樞軸彈簧軸承結構70與擺頭30、固定件10活動連接，下連杆40的兩端也分別通過樞軸彈簧軸承結構70與擺頭30、固定件10活動連接。

值得一提的是：採用樞軸彈簧軸承結構70的平行四邊形連杆機構由於結構的特殊性，平行四邊形連杆機構旋轉角度不超過預設角度，該預設角度優選為10度。

本發明的連杆機構主要包括作為固定機架的固定件10、作為活動連接件的兩個連杆、作用於受力部件的擺頭30和用於各部件連接的樞軸彈簧軸承結構70。

在本案中，平行四邊形連杆機構採用新的連接形式，樞軸彈簧軸承結構70用於連接約束固定件10、擺頭30、上連杆20、下連杆40之間的運動，使得擺頭30能夠垂直作用於受力部件。

當連杆機構擺動時，由於固定件10不動，並且固定件10和上連杆20、下連杆40連結的樞軸彈簧軸承結構70的兩個轉動中心連線與工作檯面90保持垂直，保證了擺頭30始終直上直下運動。在半導體封裝設備領域，鍵合機採用的平行四邊形連杆機構的擺頭30上裝有換能器50，換能器50端部裝有瓷嘴或者劈刀80，從而保證不論平行四邊形連杆機構在任何位置時，瓷嘴或者劈刀80始終垂直於鍵合晶片和鍵合工作檯面90。

本連杆機構新的連接形式克服了傳統形式的一些不足，最大的特點是平行四邊形連杆機構運動時沒有摩擦力，不需要潤滑，具有結構簡單、長壽命、可靠性高等優點。同時安裝和製造過程中對精度要求低，摩擦力減小，滿足鍵合過程高質量的施力和精度要求。

作為一種優選或可選的實施方式，如圖4至圖6所示，本案中的樞軸彈簧軸承結構70可以設置為圓形彎曲彈簧軸承結構，具體的，該樞軸彈簧軸承結構70包括圓筒形殼體以及呈交叉狀設置(優選為十字交叉)在殼體內部的兩個第一板簧713，各第一板簧713的外壁分別與殼體的內壁相接，殼體包括間隙設置的圓形左外殼711和圓形右外殼712，左外殼711和右外殼712可圍繞殼體的軸心實現圓周方向上的相對旋轉，且左外殼711、右外殼712旋轉的動力由兩個第一板簧713提供。

進一步的，為使得上述樞軸彈簧軸承結構70布局更加合理，工作可靠，優選第一板簧713傾斜設置，且第一板簧713所在平面分別與水平面和豎直平面相交，即第一板簧713所在平面分別與X軸Y軸相交平面(即水平面)、Y軸Z軸相交平面、X軸Z軸相交平面相交。

簡單地講，該樞軸彈簧軸承結構70的簧片結構是呈交叉狀設置在殼體管壁中間的兩個第一板簧713，其起到彈性樞軸的作用；左外殼711(左管壁圓形外殼)和右外殼712(右管壁圓形外殼)可以圍繞軸心發生相對旋轉，但是其角度不宜過大，該旋轉是由在管壁中間兩個第一板簧713(十字板簧)提供動力。如圖6所示，安裝在平行四邊形連杆機構上的圓形彎曲彈簧軸承結構，當平行四邊形連杆機構發生擺動時，各零件(固定件10、下連杆40、擺頭30、上連杆20)之間相對微位移由圓形彎曲彈簧軸承結構提供。

在本發明中，還提供了樞軸彈簧軸承結構70的第二種實施例，如圖7至圖9所示，本案中的樞軸彈簧軸承結構70可以設置為十字交叉型板簧軸承結構，具體的，該樞軸彈簧軸承結構70包括樞軸彈簧，該樞軸彈簧便是樞軸彈簧軸承結構70的簧片結構，其起到彈性樞軸的作用；樞軸彈簧由呈十字交叉狀設置且前後錯位的兩個第二板簧72構成，即兩個第二板簧72從正視圖方向看交叉但二者從俯視圖或者仰視圖方向看相抵或者具有空隙，兩個第二板簧72分別固定安裝在對應活動關節的兩個部件上。

進一步的，為使得上述樞軸彈簧軸承結構70布局更加合理，工作可靠，優選第二板簧72平擺設置，且其中一個第二板簧72與水平面平行，即其中一個第二板簧72所在平面與X軸Y軸相交平面(即水平面)平行，另一個第二板簧72所在平面與X軸Z軸相交平面平行，兩個第二板簧72所在平面分別與Y軸Z軸相交平面垂直。

簡單地講，兩個第二板簧72十字交叉相錯並且分別固定在對應活動關節的兩個部件上，例如如圖9所示，上連杆20的上端面上固定有一個靠前的第二板簧72，對應的，擺頭30的內側面上固定有一個靠後的第二板簧72；當運動時，連杆機構的對應部件(如擺頭30)可以圍繞兩個第二板簧72的十字交叉中心進行上下位移；當平行四邊形連杆機構發生擺動時，各零件(固定件10、下連杆40、擺頭30、上連杆20)之間相對微位移由十字交叉型板簧軸承結構中的兩個第二板簧72提供。

工作時，固定件10和上連杆20、上連杆20和擺頭30連結的樞軸彈簧的兩個孔中心(或者叫旋轉中心)連線，與固定件10和下連杆40、下連杆40和擺頭30連接的樞軸彈簧的兩個孔中心(或者叫旋轉中心)連線始終保持平行；在鍵合時，上連杆20和下連杆40與鍵合工作檯面90平行。

為保證工作的可靠性和穩定性，優選地，第二板簧72設置為可提供回復力的平板狀彈簧，且進一步優選第二板簧72由高剛度比的材料製得。

在本發明中，還提供了樞軸彈簧軸承結構70的第三種實施例，如圖10和圖11所示，本案中的樞軸彈簧軸承結構70可以設置為一字型板簧軸承結構，具體的，該樞軸彈簧軸承結構70包括樞軸彈簧，該樞軸彈簧便是樞軸彈簧軸承結構70的簧片結構，其起到彈性樞軸的作用；樞軸彈簧設置為豎直的第三板簧73，第三板簧73中由長度邊和寬度邊合圍形成的兩個端面分別連接在對應活動關節的兩個部件上。

進一步的，為使得上述樞軸彈簧軸承結構70布局更加合理，工作可靠，優選第三板簧73平擺設置並與水平面垂直，即第三板簧73所在平面與X軸Y軸相交平面(即水平面)垂直，與X軸Z軸相交平面也垂直，而與Y軸Z軸相交平面平行。

簡單地講，第三板簧73的兩邊分別固定在對應活動關節的兩個部件上，例如如圖11所示，上連杆20的外端面與對應擺頭30內端端面之間便設置有第三板簧73；當運動時，可以繞著第三板簧73的中心進行上下位移；當平行四邊形連杆機構發生擺動時，各零件(固定件10、下連杆40、擺頭30、上連杆20)之間相對微位移由一字型板簧軸承結構中的第三板簧73提供。

為保證工作的可靠性和穩定性，優選地，第三板簧73設置為可提供回復力的平板狀彈簧，且進一步優選第三板簧73由高剛度比的材料製得。

綜上，在本發明中，樞軸彈簧是一種可提供回復力的高精度彈簧，彈力均勻，上述樞軸彈簧軸承結構70採用的樞軸彈簧(即簧片結構)不僅僅局限於圓形結構的樞軸彈簧，還可以是十字交叉板簧、單片板簧。當然，其他採用樞軸彈簧軸承結構70的方案來替換傳統軸承的方式也是可行的，本文不再贅述。

進一步的，固定件10上的兩個安裝樞軸彈簧的孔應為與水平面垂直的狀態，保持平行四邊形的擺頭30跟隨平行四邊形連杆機構運動時始終保持直上直下運動。而擺頭30作為傳遞驅力部件重要的一部分，擺頭30上的兩個孔也應是垂直於水平面的狀態。

本文中所描述的具體實施例僅僅是對本發明精神作舉例說明。本發明所屬技術領域的技術人員可以對所描述的具體實施例做各種各樣的修改或補充或採用類似的方式替代，但並不會偏離本發明的精神或者超越所附權利要求書所定義的範圍。