一种连杆机构的制作方法

本发明属于机械技术领域，涉及一种适用于半导体封装设备的连杆机构，特别涉及一种适用于手动及半自动压焊键合设备的连杆机构。

背景技术：

键合是把电路芯片上已金属化的电路引出端或电极与装配芯片的金属引线框架或外壳引出电极线一一对应连接起来的焊接工艺。作为键合设备的一种，键合机通过瓷嘴或者劈刀引导金属引线(金线、铜线、铝线等)在三维空间中作复杂的运动，形成各种满足不同封装形式需要的线弧。

随着半导体封装产业和封装技术的高速发展，芯片越来越小，但焊接的区域面积越来越来大，焊接精度越来越高，传统摆结构的键合头往往不能更好的满足封装需求，直上直下的键合头形式越来越多被运用到键合机的绑头的键合形式。

图1所示为目前运用到手动键合机的连杆机构，其主要包括固定件10、上连杆20、摆头30、下连杆40和轴承60五个部分。上述传统的平行四边形连杆机构，其活动关节(即轴承60)采用的是传统深沟球轴承，由于深沟球轴承自身的局限(滚柱或者滚柱和内外壁摩擦、游隙等等)，工件加工和装配的误差，使得连杆机构上的换能器50在施加焊接压力后，其压力稳定性和一致性会降低；并且由于环境原因，传统轴承60由于灰尘进入和磨损，在后期维护和安装上会浪费大量的人力、物力和时间。

综上所述，为解决现有键合机的连杆机构上传统轴承存在的摩擦力和游隙问题，需要设计一种比较合理的连杆机构。

技术实现要素：

本发明的目的是针对现有的技术存在上述问题，提出了一种可以避免传统轴承存在的摩擦力和游隙问题的连杆机构。

本发明的目的可通过下列技术方案来实现：一种连杆机构，包括依次设置且合围形成平行四边形连杆结构的固定件、下连杆、摆头、上连杆，所述摆头和固定件相互平行，所述上连杆和下连杆相互平行，该平行四边形连杆结构的活动关节处均设有轴承结构，且至少一个轴承结构设置为枢轴弹簧轴承结构。

作为本发明的进一步改进，该平行四边形连杆结构的各个活动关节处均设有枢轴弹簧轴承结构。

作为本发明的进一步改进，所述枢轴弹簧轴承结构包括圆筒形壳体以及呈交叉状设置在壳体内部的两个第一板簧，各第一板簧的外壁分别与壳体的内壁相接，所述壳体包括间隙设置的圆形左外壳和圆形右外壳，所述左外壳和右外壳可围绕壳体的轴心实现圆周方向上的相对旋转，且左外壳、右外壳旋转的动力由两个第一板簧提供。

作为本发明的更进一步改进，所述第一板簧倾斜设置，且第一板簧所在平面分别与水平面和竖直平面相交。

作为本发明的进一步改进，所述枢轴弹簧轴承结构包括枢轴弹簧，所述枢轴弹簧由呈十字交叉状设置且前后错位的两个第二板簧构成，两个第二板簧分别固定安装在对应活动关节的两个部件上。

作为本发明的更进一步改进，所述第二板簧平摆设置，且其中一个第二板簧与水平面平行。

作为本发明的更进一步改进，所述第二板簧设置为平板状且由高刚度比的材料制得。

作为本发明的又一种改进，所述枢轴弹簧轴承结构包括枢轴弹簧，所述枢轴弹簧设置为竖直的第三板簧，所述第三板簧中由长度边和宽度边合围形成的两个端面分别连接在对应活动关节的两个部件上。

作为本发明的更进一步改进，所述第三板簧平摆设置并与水平面垂直。

作为本发明的又一种改进，所述第三板簧设置为可提供回复力的平板状弹簧。

基于上述技术方案，本发明实施例至少可以产生如下技术效果：在连杆机构的活动关节处应用了枢轴弹簧轴承结构，枢轴弹簧轴承结构内部具有起到弹性枢轴的作用的簧片结构，避免了传统轴承存在的摩擦力和游隙问题，而且消除了工件加工偏差造成的安装间隙，提升了施加焊接压力稳定性，从而保证了键合的可靠性和一致性。

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明，其中：

图1是现有技术中连杆机构的结构示意图。

图2是本发明一较佳实施例的结构示意图。

图3是本发明一较佳实施例的运动机理图。

图4是本发明一较佳实施例中枢轴弹簧轴承结构的结构示意图。

图5是图4另一视角的结构示意图。

图6是本发明一较佳实施例中枢轴弹簧轴承结构的安装状态图。

图7是本发明第二实施例中枢轴弹簧的结构示意图。

图8是本发明第二实施例中枢轴弹簧的安装状态图。

图9是图8的局部结构示意图。

图10是本发明第三实施例中枢轴弹簧的结构示意图。

图11是本发明第三实施例中枢轴弹簧的安装状态图。

图中，10、固定件；20、上连杆；30、摆头；40、下连杆；50、换能器；60、轴承；70、枢轴弹簧轴承结构；711、左外壳；712、右外壳；713、第一板簧；72、第二板簧；73、第三板簧；80、劈刀；90、工作台面；100、焊盘。

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。

本发明保护一种连杆机构，具体是一种使用枢轴弹簧的新型平行四边形连杆机构，适用于半导体封装设备领域，特别适用于手动及半自动压焊键合设备，例如手动焊线机等等。

现有技术中连杆机构的活动关节采用传统深沟球轴承，由于深沟球轴承自身的局限(摩擦、游隙等等)，工件加工和装配的误差，使得连杆机构上的换能器50在施加焊接压力后，其压力稳定性和一致性会降低；并且由于环境原因，传统轴承由于灰尘进入和磨损，在后期维护和安装上会浪费大量的人力、物力和时间。因此，设计一种比较合理的连杆机构是很有必要的。

下面结合图2至图11对本发明提供的技术方案进行更为详细的阐述。

如图2所示，本连杆机构包括依次设置且合围形成平行四边形连杆结构的固定件10、下连杆40、摆头30、上连杆20，固定件10作为固定的基座部件，摆头30工作时作用于受力部件；摆头30和固定件10相互平行，上连杆20和下连杆40相互平行，该平行四边形连杆结构的活动关节处均设有轴承结构，且至少一个轴承结构设置为枢轴弹簧轴承结构70。

即：本案中使用枢轴弹簧轴承结构70的连杆机构(平行四边形连杆机构)其特征不仅仅局限于单边四个活动关节(铰链关节)，还同样适用于双边或者类似的平行四边形连杆机构上任意其中之一的关节处，布局灵活，通用性更广。

在本发明中，采用枢轴弹簧轴承结构70局部替换或者全部替换现有的传统轴承60结构(如图1所示)，枢轴弹簧轴承结构70内部具有簧片结构，其起到弹性枢轴的作用，且为使得工作更加平稳、可靠，优选簧片结构采用高刚度比的材料制得。

本发明保护了一种新型平行四边形连杆机构，在活动关节处应用了一种枢轴弹簧轴承结构70，避免了传统轴承存在的摩擦力和游隙问题，而且消除了工件加工偏差造成的安装间隙，提升了施加焊接压力稳定性，从而保证了键合的可靠性和一致性。另外，此种类枢轴弹簧轴承结构70对环境因素要求低，便于维护保养。

具体的，本案中连杆机构的活动关节采用枢轴弹簧替换现有的传统轴承结构，其可以克服现有平行四边形连杆机构的以下缺陷：采用传统普通轴承的平行四边形连杆机构在上下位移运动时的摩擦力；换能器50受力后将力传导给平行四边形结构，由于轴承自身游隙和装配间隙导致的滑移；安装工艺的困难；传统轴承因为长时间使用后，灰尘和油雾进入，需要后期维护和保养。

结合图3所示，在实际应用中，摆头30前端安装有换能器50，在换能器50头部安装有劈刀80(该处的劈刀80也可替换为瓷嘴等部件)，半导体封装设备还包括键合工作台的工作台面90以及平摆于工作台面90上的焊盘100，本发明的连杆机构能够保证键合机的绑头在空间XYZ运动过程中，换能器50始终保持Z向的位移。

其机理在于：平行四边形连杆机构中，固定件10一般垂直于键合工作台的工作台面90，固定件10作为固定的基座部件；在键合的工作零位时，一般上连杆20和下连杆40平行于工作台面90，整个平行四边形连杆机构为一个矩形；当键合完毕绑头抬起，连杆机构变为菱形，但是由于固定件10被固定，摆头30垂直于工作台面90并向上运动，从而使换能器50头部做一个垂直于工作台面90的直上直下运动；并且在键合过程中保证劈刀80或瓷嘴始终垂直于焊盘100且作用力均匀地分布在焊点上。

作为本发明的进一步改进，为进一步克服传统轴承存在的摩擦力和游隙问题，消除工件加工偏差造成的安装间隙，使得工作更加可靠，优选该平行四边形连杆结构的各个活动关节处均设有枢轴弹簧轴承结构70。具体的，上连杆20的两端分别通过枢轴弹簧轴承结构70与摆头30、固定件10活动连接，下连杆40的两端也分别通过枢轴弹簧轴承结构70与摆头30、固定件10活动连接。

值得一提的是：采用枢轴弹簧轴承结构70的平行四边形连杆机构由于结构的特殊性，平行四边形连杆机构旋转角度不超过预设角度，该预设角度优选为10度。

本发明的连杆机构主要包括作为固定机架的固定件10、作为活动连接件的两个连杆、作用于受力部件的摆头30和用于各部件连接的枢轴弹簧轴承结构70。

在本案中，平行四边形连杆机构采用新的连接形式，枢轴弹簧轴承结构70用于连接约束固定件10、摆头30、上连杆20、下连杆40之间的运动，使得摆头30能够垂直作用于受力部件。

当连杆机构摆动时，由于固定件10不动，并且固定件10和上连杆20、下连杆40链接的枢轴弹簧轴承结构70的两个转动中心连线与工作台面90保持垂直，保证了摆头30始终直上直下运动。在半导体封装设备领域，键合机采用的平行四边形连杆机构的摆头30上装有换能器50，换能器50端部装有瓷嘴或者劈刀80，从而保证不论平行四边形连杆机构在任何位置时，瓷嘴或者劈刀80始终垂直于键合芯片和键合工作台面90。

本连杆机构新的连接形式克服了传统形式的一些不足，最大的特点是平行四边形连杆机构运动时没有摩擦力，不需要润滑，具有结构简单、长寿命、可靠性高等优点。同时安装和制造过程中对精度要求低，摩擦力减小，满足键合过程高质量的施力和精度要求。

作为一种优选或可选的实施方式，如图4至图6所示，本案中的枢轴弹簧轴承结构70可以设置为圆形弯曲弹簧轴承结构，具体的，该枢轴弹簧轴承结构70包括圆筒形壳体以及呈交叉状设置(优选为十字交叉)在壳体内部的两个第一板簧713，各第一板簧713的外壁分别与壳体的内壁相接，壳体包括间隙设置的圆形左外壳711和圆形右外壳712，左外壳711和右外壳712可围绕壳体的轴心实现圆周方向上的相对旋转，且左外壳711、右外壳712旋转的动力由两个第一板簧713提供。

进一步的，为使得上述枢轴弹簧轴承结构70布局更加合理，工作可靠，优选第一板簧713倾斜设置，且第一板簧713所在平面分别与水平面和竖直平面相交，即第一板簧713所在平面分别与X轴Y轴相交平面(即水平面)、Y轴Z轴相交平面、X轴Z轴相交平面相交。

简单地讲，该枢轴弹簧轴承结构70的簧片结构是呈交叉状设置在壳体管壁中间的两个第一板簧713，其起到弹性枢轴的作用；左外壳711(左管壁圆形外壳)和右外壳712(右管壁圆形外壳)可以围绕轴心发生相对旋转，但是其角度不宜过大，该旋转是由在管壁中间两个第一板簧713(十字板簧)提供动力。如图6所示，安装在平行四边形连杆机构上的圆形弯曲弹簧轴承结构，当平行四边形连杆机构发生摆动时，各零件(固定件10、下连杆40、摆头30、上连杆20)之间相对微位移由圆形弯曲弹簧轴承结构提供。

在本发明中，还提供了枢轴弹簧轴承结构70的第二种实施例，如图7至图9所示，本案中的枢轴弹簧轴承结构70可以设置为十字交叉型板簧轴承结构，具体的，该枢轴弹簧轴承结构70包括枢轴弹簧，该枢轴弹簧便是枢轴弹簧轴承结构70的簧片结构，其起到弹性枢轴的作用；枢轴弹簧由呈十字交叉状设置且前后错位的两个第二板簧72构成，即两个第二板簧72从正视图方向看交叉但二者从俯视图或者仰视图方向看相抵或者具有空隙，两个第二板簧72分别固定安装在对应活动关节的两个部件上。

进一步的，为使得上述枢轴弹簧轴承结构70布局更加合理，工作可靠，优选第二板簧72平摆设置，且其中一个第二板簧72与水平面平行，即其中一个第二板簧72所在平面与X轴Y轴相交平面(即水平面)平行，另一个第二板簧72所在平面与X轴Z轴相交平面平行，两个第二板簧72所在平面分别与Y轴Z轴相交平面垂直。

简单地讲，两个第二板簧72十字交叉相错并且分别固定在对应活动关节的两个部件上，例如如图9所示，上连杆20的上端面上固定有一个靠前的第二板簧72，对应的，摆头30的内侧面上固定有一个靠后的第二板簧72；当运动时，连杆机构的对应部件(如摆头30)可以围绕两个第二板簧72的十字交叉中心进行上下位移；当平行四边形连杆机构发生摆动时，各零件(固定件10、下连杆40、摆头30、上连杆20)之间相对微位移由十字交叉型板簧轴承结构中的两个第二板簧72提供。

工作时，固定件10和上连杆20、上连杆20和摆头30链接的枢轴弹簧的两个孔中心(或者叫旋转中心)连线，与固定件10和下连杆40、下连杆40和摆头30连接的枢轴弹簧的两个孔中心(或者叫旋转中心)连线始终保持平行；在键合时，上连杆20和下连杆40与键合工作台面90平行。

为保证工作的可靠性和稳定性，优选地，第二板簧72设置为可提供回复力的平板状弹簧，且进一步优选第二板簧72由高刚度比的材料制得。

在本发明中，还提供了枢轴弹簧轴承结构70的第三种实施例，如图10和图11所示，本案中的枢轴弹簧轴承结构70可以设置为一字型板簧轴承结构，具体的，该枢轴弹簧轴承结构70包括枢轴弹簧，该枢轴弹簧便是枢轴弹簧轴承结构70的簧片结构，其起到弹性枢轴的作用；枢轴弹簧设置为竖直的第三板簧73，第三板簧73中由长度边和宽度边合围形成的两个端面分别连接在对应活动关节的两个部件上。

进一步的，为使得上述枢轴弹簧轴承结构70布局更加合理，工作可靠，优选第三板簧73平摆设置并与水平面垂直，即第三板簧73所在平面与X轴Y轴相交平面(即水平面)垂直，与X轴Z轴相交平面也垂直，而与Y轴Z轴相交平面平行。

简单地讲，第三板簧73的两边分别固定在对应活动关节的两个部件上，例如如图11所示，上连杆20的外端面与对应摆头30内端端面之间便设置有第三板簧73；当运动时，可以绕着第三板簧73的中心进行上下位移；当平行四边形连杆机构发生摆动时，各零件(固定件10、下连杆40、摆头30、上连杆20)之间相对微位移由一字型板簧轴承结构中的第三板簧73提供。

为保证工作的可靠性和稳定性，优选地，第三板簧73设置为可提供回复力的平板状弹簧，且进一步优选第三板簧73由高刚度比的材料制得。

综上，在本发明中，枢轴弹簧是一种可提供回复力的高精度弹簧，弹力均匀，上述枢轴弹簧轴承结构70采用的枢轴弹簧(即簧片结构)不仅仅局限于圆形结构的枢轴弹簧，还可以是十字交叉板簧、单片板簧。当然，其他采用枢轴弹簧轴承结构70的方案来替换传统轴承的方式也是可行的，本文不再赘述。

进一步的，固定件10上的两个安装枢轴弹簧的孔应为与水平面垂直的状态，保持平行四边形的摆头30跟随平行四边形连杆机构运动时始终保持直上直下运动。而摆头30作为传递驱力部件重要的一部分，摆头30上的两个孔也应是垂直于水平面的状态。

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。