CN111645213A - 晶棒定角粘接机的定位机构 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种晶棒定角粘接机的定位机构，属于半导体设备技术领域。它解决了现有晶棒定角粘接机粘接精度不高的问题。本晶棒定角粘接机的定位机构，包括用于水平定位料板的夹具和竖直设置在夹具上方并能够相对夹具转动的矫正基准立板，矫正基准立板上连接有能够沿垂直于矫正基准立板板面方向滑动的定位架，定位架上连接有能够吸附住晶棒的柔性吸盘，且当柔性吸盘吸附住晶棒时定位架能够缩回并使晶棒压靠在矫正基准立板上，矫正基准立板上还设有压块，当柔性吸盘吸附在晶棒上且晶棒压靠在矫正基准立板上时压块能够下降并将晶棒压紧在料板上。本晶棒定角粘接机粘接精度更高。

Description

晶棒定角粘接机的定位机构

技术领域

本发明属于半导体设备技术领域，涉及一种晶棒定角粘接机的定位机构。

背景技术

晶振是数字电路必需元件，为数字电路提供时钟基准。晶振内部的石英晶片是由晶棒切割后制成。在切割晶棒前有一道非常重要的定角粘接工序，具体过程是通过X射线衍射测定晶棒的外加工面与定向原子面的角度，再将晶棒以正确的角度姿态粘接在工件板上。定角粘接工序的目的是让切割后的晶片，其切割面与定向原子面的夹角(简称晶片角度)在指定的角度区间内。不同频率的晶片，需要不同的晶片角度，角度的误差，决定了晶振的温频特性。

现有技术中的粘棒工艺过程为：从角度测定到最终粘接定位，是一个开环系统。调整偏角后利用人工将晶棒压持，让晶棒和工件板通过胶水粘接在一起，最后进行一定时间的胶水固化。由于是开环系统，过程中出现多种因素的误差导致晶棒与工件板之间姿态角度精度不能得到保障，使切割后的晶片角度的精确性不好。

也有如专利文件(申请号：201620999397.4)公开的晶棒定向粘料机，包括工作台，工作台上安装有X射线发生器和X射线接收器，工作台上还固定有立板，立板上滑动连接有能够在驱动装置一驱动下沿竖直方向移动的电机安装座，电机安装座上安装有旋转电机和用于控制检测旋转电机转动角度的角度调整检测机构，旋转电机的电机轴上安装有夹具，夹具的下方设有粘料平台，粘料平台与工作台滑动连接且能够在驱动装置二的驱动下沿横向平移晶棒放入上方的夹具上被定位，然后进行转动调整定向，角度调整好后下降至粘料平台上进行粘接，该设备能够实现对晶棒的粘接，但是由于晶棒的上侧面与下侧面难以保证绝对的平行，而夹具是吸附在晶棒上侧面上进行定位的，即晶棒上侧面与夹具上的基准面抵靠，而晶棒切割时需要以粘料平台为基准，上述晶棒下降后难以保证晶棒下侧面与粘料平台的上侧面绝对贴合，导致粘接精度较低，随机性较大。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术存在的问题，提出了一种晶棒定角粘接机的定位机构，用以解决现有晶棒定角粘接机粘接精度不高的问题。

本发明的目的可通过下列技术方案来实现：晶棒定角粘接机的定位机构，包括用于水平定位料板的夹具和竖直设置在夹具上方并能够相对夹具转动的矫正基准立板，其特征在于，所述矫正基准立板上连接有能够沿垂直于矫正基准立板板面方向滑动的定位架，所述定位架上连接有能够吸附住晶棒的柔性吸盘，且当柔性吸盘吸附住晶棒时定位架能够缩回并使晶棒压靠在矫正基准立板上，所述矫正基准立板上还设有压块，当柔性吸盘吸附在晶棒上且晶棒压靠在矫正基准立板上时压块能够下降并将晶棒压紧在料板上。

晶棒需要粘接在料板上，将料板水平定位在夹具上后料板的上侧面为最终基准面，晶棒底面需要贴紧料板上侧面以保证粘接精度，为此本申请设置能够水平伸缩的定位架和竖直升降的压块，而定位架是通过柔性吸盘来吸附定位晶棒，即采用了柔性吸盘与压块结合的方式，将晶棒放置在料板上侧面上并手动将晶棒与柔性吸盘贴靠，柔性吸盘吸附晶棒后定位架收缩，使得晶棒与矫正基准立板抵靠，由于加工与装配误差的存在，矫正基准立板与料板上侧面从微观层面并不绝对垂直，这使晶棒在吸附贴靠于矫正基准立板后，晶棒与料板上侧面之间会产生微小缝隙。此时压块下压来矫正晶棒，使得晶棒底面与料板上侧面压紧贴合，这导致柔性吸盘出现倾斜偏置等微量形变，以适应晶棒侧面的微量偏置，在该过程中，柔性吸盘的柔性特质能够避免如硬质吸盘可能出现晶棒脱离硬质吸盘、或者晶棒相对硬质吸盘移动而划伤晶棒，在晶棒底面贴紧料板上侧面后柔性吸盘断气释放晶棒，定位架再收缩后重新伸出，使得柔性吸盘再次与晶棒侧面抵靠并吸附，而在柔性吸盘断气释放晶棒过程中柔性吸盘的微量形变能够复原，从而使得柔性吸盘以自然的状态对晶棒侧面再次吸附，如此柔性吸盘吸附、压块下压、柔性吸盘释放后再吸附、压块释放后再下压的过程可以根据需要重复数次，从而避免柔性吸盘在形变状态下吸附晶棒，导致压块释放后进行角度调节时晶棒在变形的柔性吸盘弹力下脱离料板上侧面，影响角度调节精度，晶棒的底面贴靠在料板的上侧面并以此面作为最终基准，使后续进行扫描也是以此为基准，以保证粘接完成的角度就是目标角度，且不受到其他因素影响，进而提高最终的粘接的精度。

在上述的晶棒定角粘接机的定位机构中，所述定位架包括长条状的移动板，所述移动板滑动设置在矫正基准立板的后侧，在移动板的前侧设有若干上述的柔性吸盘，且柔性吸盘均凸出矫正基准立板的前板面。移动板位于矫正基准立板后侧，避免与晶棒产生干涉，移动板用于带动柔性吸盘伸缩并保证两者稳定性。

在上述的晶棒定角粘接机的定位机构中，所述矫正基准立板的后侧固定有水平气缸，所述水平气缸朝后设置，且水平气缸的活塞杆通过连接板与移动板相固连，所述矫正基准立板的后侧还固定有能够对移动板的最大移动行程进行调节的限位座。水平气缸通过连接板与移动板相连接，用于驱动移动板前后移动，通过限位座对移动板的移动行程进行调节和限位，保证移动板的可靠性。

在上述的晶棒定角粘接机的定位机构中，所述连接板上固定有后限位块，所述限位座上螺接有后限位柱，该后限位柱朝前设置并与后限位块的后侧面相对，当所述定位架向后缩回时后限位块能够与后限位柱相抵靠。当柔性吸盘吸附晶棒且定位架回缩使得晶棒与矫正基准立板相抵靠时后限位柱能够与对后限位块进行限位，限制定位架回缩的行程，避免定位架过度回缩导致晶棒从柔性吸盘上脱落，保证晶棒的定位精度，后限位柱与限位座相螺接，能够根据需要调节后限位柱的限位位置，适用性更广。

在上述的晶棒定角粘接机的定位机构中，所述水平气缸或者矫正基准立板上固定有前限位块，所述后限位块或者连接板上螺接有前限位柱，该前限位柱朝前设置并与前限位块后侧面相对，当所述定位架向前伸出设定距离时前限位柱能够与前限位块相抵靠。当定位架向前伸出设定行程时前限位柱能够与前限位块相抵靠，从而对定位架向前行程进行限位，同样，前限位柱能够根据需要调节限位位置，适用性更广，而通过前限位柱与后限位柱的设置，使得定位架只能够在设定的行程范围内移动，保证可靠性。

在上述的晶棒定角粘接机的定位机构中，所述定位架还包括长条状的缓冲板，所述缓冲板位于移动板的前侧并滑动连接在移动板上，且缓冲板的滑动方向与移动板的滑动方向一致，上述柔性吸盘设置在缓冲板两端前侧面上，所述缓冲板与移动板之间还设有当缓冲板相对移动板向后移动时进行缓冲的缓冲弹簧。在手动将晶棒放置在料板上后可以向矫正基准立板方向按压晶棒，缓冲板能够压缩缓冲弹簧而回缩，晶棒能够抵靠在矫正基准立板上，保证晶棒侧面与矫正基准立板齐平，也保证晶棒侧面与若干个柔性吸盘均贴靠，从而避免了手动放置晶棒后出现个别柔性吸盘与晶棒侧面分离而导致难以吸附到位，保证定位可靠性。

在上述的晶棒定角粘接机的定位机构中，所述移动板的两端均固定有导向套，所述缓冲板后侧面的两端均垂直固定有导向柱，两所述导向柱分别滑动穿设在两导向套内，所述导向柱的端部还固定有限位片，所述缓冲弹簧套设在导向柱上并作用在缓冲板后侧面上，在缓冲弹簧的作用下限位片抵靠在导向套后端面上。通过导向柱与导向套配合，保证缓冲板及柔性吸盘的稳定性，而限位片对缓冲板进行限位，保证自然状态下柔性吸盘的位置精度。

在上述的晶棒定角粘接机的定位机构中，所述矫正基准立板的前板面上具有若干向前凸出的基准凸部，若干所述基准凸部的前端面为基准面，该若干基准面共面并竖直设置，当柔性吸盘吸附住晶棒且定位架缩回时能够使晶棒压靠在若干基准面上。矫正基准立板通过多个基准凸部的基准面与晶棒侧面相抵靠，即采用多点抵靠的方式，既能够保证晶棒的位置精度，也避免因为面与面贴合抵靠导致基准面加工难度增加，基准凸部可以采用镶嵌的方式固定在矫正基准立板上，基准凸部可以采用耐磨材料制成，增加使用寿命，降低加工难度。

在上述的晶棒定角粘接机的定位机构中，所述矫正基准立板上还固定有朝下设置的竖向气缸，所述竖向气缸与压块相连接，所述压块下侧面的两端均固定有朝下设置的压盘。驱动部件可以位于矫正基准立板的后侧，也可以位于矫正基准立板的前侧，其能够带动压块下压并保证压块的稳定性。

在上述的晶棒定角粘接机的定位机构中，所述柔性吸盘呈喇叭状并采用橡胶材料制成，所述柔性吸盘的中心位置开设有与真空发生装置相连通的吸气孔。橡胶材料的柔性吸盘能够随晶棒相适应的形变，避免对晶棒产生损伤。

与现有技术相比，本晶棒定角粘接机的定位机构具有以下优点：

1、由于本申请采用了柔性吸盘与压块结合的方式，在压块作用下晶棒底面贴紧料板上侧面后柔性吸盘断气释放晶棒，在柔性吸盘断气释放晶棒过程中柔性吸盘的微量形变能够复原，从而使得柔性吸盘以自然的状态对晶棒侧面再次吸附，从而避免柔性吸盘在形变状态下吸附晶棒，导致压块释放后进行角度调节时晶棒在变形的柔性吸盘弹力下脱离料板上侧面，影响角度调节精度，晶棒的底面贴靠在料板的上侧面并以此面作为最终基准，使后续进行扫描也是以此为基准，以保证粘接完成的角度就是目标角度，且不受到其他因素影响，进而提高最终的粘接的精度。

2、在手动将晶棒放置在料板上后，可以向矫正基准立板方向按压晶棒，晶棒能够抵靠在矫正基准立板上，保证晶棒侧面与若干个柔性吸盘均贴靠，从而避免了手动放置晶棒后出现个别柔性吸盘与晶棒侧面分离而导致难以吸附到位，保证定位可靠性。

附图说明

图1是本定位机构的立体结构示意图。

图2是矫正基准立板处的立体结构示意图。

图3是矫正基准立板处的结构正视图。

图4是矫正基准立板处第二视角的立体结构示意图。

图5是图3中A-A处的局部结构剖视图。

图6是图3中B-B处的局部结构剖视图。

图7是矫正基准立板处第三视角的立体结构示意图。

图8是图3中C-C处的结构剖视图。

图中，1、扫描直驱电机；2、转动架；21、转盘；22、侧板；23、顶板；3、矫正直驱电机；31、转台；4、移动架；41、夹具；411、定夹板；412、动夹板；5、矫正基准立板；51、基准凸部；52、让位缺口；53、避让缺口；54、凹口；55、位置传感器；6、定位架；61、移动板；611、安装孔；612、导向套；62、缓冲板；621、导向柱；622、缓冲弹簧；623、限位片；63、定位块；631、导气孔；64、连接块；65、连接板；651、后限位块；652、前限位柱；66、水平气缸；661、前限位块；7、柔性吸盘；71、吸气孔；8、限位座；81、安装部；811、后限位柱；9、竖向气缸；91、升降板；92、压块；93、压盘；10、料板。

具体实施方式

以下是本发明的具体实施例并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。

如图1、图2、图3所示，晶棒定角粘接机的定位机构，晶棒定角粘接机包括竖向设置的扫描直驱电机1和连接在扫描直驱电机1输出端的转动架2，转动架2包括转盘21、两侧板22和顶板23，转盘21水平设置并连接在扫描直驱电机1的输出端，两侧板22呈长条状并竖直固定在转盘21的两侧边沿处，顶板23固定在两侧板22的顶部，使得转动架2整体呈矩形框状，定位机构包括夹具41和矫正基准立板5，夹具41包括沿水平方向滑动连接在转动盘上的移动架4，该移动架4可以通过丝杆螺母组件驱动进行位置调整，移动架4的一侧固定有定夹板411，另一侧通过螺栓连接有动夹板412，通过螺栓调节能够使动夹板412和定夹板411夹紧水平放置在移动架4上的料板10。在顶板23上固定有竖直朝下的矫正直驱电机3，在矫正直驱电机3的输出端连接有转台31，矫正基准立板5竖直设置，且顶端固定在转台31上，使得移动架4移动时料板10能够从矫正基准立板5下方穿过，矫正基准立板5可以采用分体式，如包括前板体和后板体相贴合拼接形成，便于加工和其他零部件的安装。在矫正基准立板5上沿水平方向滑动连接有定位架6，该定位架6的移动方向与矫正基准立板5的板面垂直，在定位架6的前端连接有多个柔性吸盘7，多个柔性吸盘7能够凸出矫正基准立板5的前板面来吸附晶棒，当柔性吸盘7吸附住晶棒时定位架6能够缩回并使晶棒压靠在矫正基准立板5上，在矫正基准立板5上还沿竖直方向滑动连接有压块92，当柔性吸盘7吸附在晶棒上且晶棒压靠在矫正基准立板5上时压块92能够下降并将晶棒压紧在料板10上。

具体来说，结合图4、图5所示，定位架6包括移动板61、缓冲板62和两定位块63，在矫正基准立板5后侧面上水平固定有水平气缸66，该水平气缸66的活塞杆朝后设置，移动板61和缓冲板62均呈条形板状，且两者均水平并沿平行于矫正基准立板5方向设置，移动板61位于矫正基准立板5的后侧，且在移动板61的后侧面上固定有连接块64，连接块64上固定有连接板65，该连接板65呈L形条状，连接板65的一端朝前并与连接块64的侧部相固定，另一端延伸至水平气缸66的后侧并与水平气缸66的活塞杆相固定，缓冲板62位于移动板61的前侧，在缓冲板62两端的后侧面上均垂直固定有导向柱621，在移动板61的两侧均开设有安装孔611，在安装孔611内均螺接固定有导向套612，导向套612的轴向沿前后方向设置，缓冲板62的两导向柱621分别滑动插接在移动板61的两导向套612内，两导向柱621的后端均固定有盘状的限位片623，而导向柱621上还套设有缓冲弹簧622，该缓冲弹簧622的后端伸入安装孔611并抵靠在导向套612的前端，缓冲弹簧622的前端抵靠在缓冲板62后侧面上，在缓冲弹簧622的作用下限位片623抵靠在导向套612的后端端面上，使得缓冲板62与移动板61之间形成间隙。两定位块63分别固定在缓冲板62两端的前侧面上，在矫正基准立板5下边沿的两端均开设有矩形的避让缺口53，两定位块63分别穿过两避让缺口53，而柔性吸盘7分为两组，两组柔性吸盘7分别固定在两定位块63的前侧面上，矫正基准立板5前板面的下部具有两组向前凸出的基准凸部51，两组基准凸部51分别靠近两个定位块63，基准凸部51呈柱状，其前端面为基准面，两组基准凸部51的基准面共面并竖直设置，当柔性吸盘7吸附住晶棒且定位架6缩回时能够使晶棒压靠在若干基准面上。结合图6所示，柔性吸盘7呈喇叭状并采用橡胶材料制成，在定位块63上开设有与真空发生装置相连通的导气孔631，柔性吸盘7的中心位置开设有吸气孔71，吸气孔71与导气孔631相连通。

结合图7所示，矫正基准立板5的后侧面上还固定有能够对定位架6的最大移动行程进行调节的限位座8，该限位座8呈条形板状并沿水平方向朝后设置，限位座8位于水平气缸66的下方，限位座8的后端端部具有向上凸起的安装部81，连接板65位于水平气缸66与安装部81之间，在连接板65上固定有后限位块651，安装部81上螺接有后限位柱811，该后限位柱811朝前设置并与后限位块651的后侧面相对，当定位架6向后缩回并使晶棒抵靠在基准凸部51上时后限位块651能够与后限位柱811相抵靠形成限位。水平气缸66的侧部固定有前限位块661，后限位块651上螺接有前限位柱652，该前限位柱652朝前设置并与前限位块661后侧面相对，当定位架6向前伸出设定距离时前限位柱652能够与前限位块661相抵靠形成限位。

结合图8所示，矫正基准立板5后侧面上还固定有朝下设置的竖向气缸9，在矫正基准立板5的中部开设有让位缺口52，让位缺口52内沿竖直方向滑动连接有升降板91，竖向气缸9的活塞杆与升降板91的后端相固连，压块92整体呈T形并位于矫正基准立板5的前侧，压块92的上端与升降板91的前端相固连，压块92下侧面的两端均固定有朝下设置的压盘93。在矫正基准立板5上还固定有位置传感器55，而矫正基准立板5下边沿的中部具有凹口54，该凹口54位于让位缺口52的下方，位置传感器55朝前设置并伸入凹口54内。

工作时将料板10水平放置在夹具41上，通过螺栓使得动夹板412与定夹板411夹紧料板10，将晶棒放置在料板10上侧面上并手动向矫正基准立板5方向按压晶棒，缓冲板62能够压缩缓冲弹簧622而回缩，晶棒能够与基准凸部51相抵靠，确保晶棒侧面与两组柔性吸盘7均贴靠，柔性吸盘7吸气产生真空，即柔性吸盘7吸附晶棒，水平气缸66带动定位架6向后回缩，使得晶棒与基准凸部51抵靠，然后压块92下降并压紧晶棒，使得晶棒底面与料板10上侧面贴合压紧，然后柔性吸盘7断气释放晶棒，定位架6再回缩后重新伸出，使得柔性吸盘7再次与晶棒侧面抵靠并吸附，如此柔性吸盘7吸附、压块92下压、柔性吸盘7释放后再吸附、压块92释放后再下压的过程可以根据需要重复数次，从而使得晶棒具有精准定位，在晶棒被定位后转动架2转动来获得补偿角度信息，然后压块92上升释放晶棒，矫正直驱电机3根据补偿角度信息带动矫正基准立板5相对料板10转动，调整晶棒相对料板10的角度，待晶棒角度矫正完毕后进行粘接工序。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

尽管本文较多地使用了扫描直驱电机1、转动架2、转盘21等术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本发明的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。

Claims (10)

1.晶棒定角粘接机的定位机构，包括用于水平定位料板(10)的夹具(41)和竖直设置在夹具(41)上方并能够相对夹具(41)转动的矫正基准立板(5)，其特征在于，所述矫正基准立板(5)上连接有能够沿垂直于矫正基准立板(5)板面方向滑动的定位架(6)，所述定位架(6)上连接有能够吸附住晶棒的柔性吸盘(7)，且当柔性吸盘(7)吸附住晶棒时定位架(6)能够缩回并使晶棒压靠在矫正基准立板(5)上，所述矫正基准立板(5)上还设有压块(92)，当柔性吸盘(7)吸附在晶棒上且晶棒压靠在矫正基准立板(5)上时压块(92)能够下降并将晶棒压紧在料板(10)上。

2.根据权利要求1所述的晶棒定角粘接机的定位机构，其特征在于，所述定位架(6)包括长条状的移动板(61)，所述移动板(61)滑动设置在矫正基准立板(5)的后侧，在移动板(61)的前侧设有若干上述的柔性吸盘(7)，且柔性吸盘(7)均凸出矫正基准立板(5)的前板面。

3.根据权利要求2所述的晶棒定角粘接机的定位机构，其特征在于，所述矫正基准立板(5)的后侧固定有水平气缸(66)，所述水平气缸(66)朝后设置，且水平气缸(66)的活塞杆通过连接板(65)与移动板(61)相固连，所述矫正基准立板(5)的后侧还固定有能够对移动板(61)的最大移动行程进行调节的限位座(8)。

4.根据权利要求3所述的晶棒定角粘接机的定位机构，其特征在于，所述连接板(65)上固定有后限位块(651)，所述限位座(8)上螺接有后限位柱(811)，该后限位柱(811)朝前设置并与后限位块(651)的后侧面相对，当所述定位架(6)向后缩回时后限位块(651)能够与后限位柱(811)相抵靠。

5.根据权利要求4所述的晶棒定角粘接机的定位机构，其特征在于，所述水平气缸(66)或者矫正基准立板(5)上固定有前限位块(661)，所述后限位块(651)或者连接板(65)上螺接有前限位柱(652)，该前限位柱(652)朝前设置并与前限位块(661)后侧面相对，当所述定位架(6)向前伸出设定距离时前限位柱(652)能够与前限位块(661)相抵靠。

6.根据权利要求2～5中任意一项所述的晶棒定角粘接机的定位机构，其特征在于，所述定位架(6)还包括长条状的缓冲板(62)，所述缓冲板(62)位于移动板(61)的前侧并滑动连接在移动板(61)上，且缓冲板(62)的滑动方向与移动板(61)的滑动方向一致，上述柔性吸盘(7)设置在缓冲板(62)两端前侧面上，所述缓冲板(62)与移动板(61)之间还设有当缓冲板(62)相对移动板(61)向后移动时进行缓冲的缓冲弹簧(622)。

7.根据权利要求6所述的晶棒定角粘接机的定位机构，其特征在于，所述移动板(61)的两端均固定有导向套(612)，所述缓冲板(62)后侧面的两端均垂直固定有导向柱(621)，两所述导向柱(621)分别滑动穿设在两导向套(612)内，所述导向柱(621)的端部还固定有限位片(623)，所述缓冲弹簧(622)套设在导向柱(621)上并作用在缓冲板(62)后侧面上，在缓冲弹簧(622)的作用下限位片(623)抵靠在导向套(612)后端面上。

8.根据权利要求1～5中任意一项所述的晶棒定角粘接机的定位机构，其特征在于，所述矫正基准立板(5)的前板面上具有若干向前凸出的基准凸部(51)，若干所述基准凸部(51)的前端面为基准面，该若干基准面共面并竖直设置，当柔性吸盘(7)吸附住晶棒且定位架(6)缩回时能够使晶棒压靠在若干基准面上。

9.根据权利要求1～5中任意一项所述的晶棒定角粘接机的定位机构，其特征在于，所述矫正基准立板(5)上还固定有朝下设置的竖向气缸(9)，所述竖向气缸(9)与压块(92)相连接，所述压块(92)下侧面的两端均固定有朝下设置的压盘(93)。

10.根据权利要求1～5中任意一项所述的晶棒定角粘接机的定位机构，其特征在于，所述柔性吸盘(7)呈喇叭状并采用橡胶材料制成，所述柔性吸盘(7)的中心位置开设有与真空发生装置相连通的吸气孔(71)。

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