技术领域
[0001] 本发明是有关于一种抗振结构，且特别是有关于一种抗振单元。
相关背景技术
[0002] 高密度集成电路的制程或高精密的加工制程都必须仰赖高稳定性的机具来完成。因此，即使是轻微的震动，例如无尘室中工作人员的走动、或是自动处理设备或传输设备通过，均会造成轻微的低频震动(或称之为微振)，也有可能使机具的工作效能出现问题而影响产出良率。
[0003] 一般而言，机具的载台必须配置多组的单轴致动模组才能实现多自由度的振动隔离。然而，这样的作法会增加防振结构所需的布局空间，且造价也较为昂贵。
具体实施方式
[0042] 本文使用的“约”、“近似”、“本质上”、或“实质上”包括所述值和在本领域普通技术人员确定的特定值的可接受的偏差范围内的平均值，考虑到所讨论的测量和与测量相关的误差的特定数量(即，测量系统的限制)。例如，“约”可以表示在所述值的一个或多个标准偏差内，或例如±30％、±20％、±15％、±10％、±5％内。再者，本文使用的“约”、“近似”、“本质上”、或“实质上”可依量测性质、切割性质或其它性质，来选择较可接受的偏差范围或标准偏差，而可不用一个标准偏差适用全部性质。
[0043] 在附图中，为了清楚起见，放大了层、膜、面板、区域等的厚度。应当理解，当诸如层、膜、区域或基板的元件被称为在另一元件“上”或“连接到”另一元件时，其可以直接在另一元件上或与另一元件连接，或者中间元件可以也存在。相反，当元件被称为“直接在另一元件上”或“直接连接到”另一元件时，不存在中间元件。如本文所使用的，“连接”可以指物理及/或电性连接。再者，“电性连接”可为二元件间存在其它元件。
[0044] 此外，诸如“下”或“底部”和“上”或“顶部”的相对术语可在本文中用于描述一个元件与另一元件的关系，如图所示。应当理解，相对术语旨在包括除了图中所示的方位之外的装置的不同方位。例如，如果一个附图中的装置翻转，则被描述为在其它元件的“下”侧的元件将被定向在其它元件的“上”侧。因此，示例性术语“下”可以包括“下”和“上”的取向，取决于附图的特定取向。类似地，如果一个附图中的装置翻转，则被描述为在其它元件“下方”或“下方”的元件将被定向为在其它元件“上方”。因此，示例性术语“上面”或“下面”可以包括上方和下方的取向。
[0045] 本文参考作为理想化实施例的示意图的截面图来描述示例性实施例。因此，可以预期到作为例如制造技术及/或(and/or)公差的结果的图示的形状变化。因此，本文所述的实施例不应被解释为限于如本文所示的区域的特定形状，而是包括例如由制造导致的形状偏差。例如，示出或描述为平坦的区域通常可以具有粗糙及/或非线性特征。此外，所示的锐角可以是圆的。因此，图中所示的区域本质上是示意性的，并且它们的形状不是旨在示出区域的精确形状，并且不是旨在限制权利要求的范围。
[0046] 现将详细地参考本发明的示范性实施方式，示范性实施方式的实例说明于所附图式中。只要有可能，相同元件符号在图式和描述中用来表示相同或相似部分。
[0047] 图1是依照本发明的一实施例的抗振单元的剖视示意图。图2是图1的抗振单元的俯视示意图。图3是图1的抗振单元的驱动架构示意图。图2为图1的防振单元在剖线A‑A’处的剖视图。图1为图2的防振单元在剖线B‑B’处的剖视图。
[0048] 请参照图1及图2，防振单元10包括基座100、中间体150、第一压电致动器121与第一弹性体131。中间体150可动地设置在基座100上。第一压电致动器121与第一弹性体131所构成的第一组致动结构设置在中间体150沿着第一方向(例如方向Z)的一侧，且适于带动中间体150沿着第一方向往复移动。
[0049] 举例来说，在本实施例中，基座100可套设于中间体150，且基座100与中间体150之间可设有导轨GR1，其中导轨GR1可以是气静压导轨或液静压导轨。通过导轨GR1的设置能让中间体150在基座100内以近似无摩擦力的方式沿着第一方向微移动，以实现快速响应。此外，气静压导轨或液静压导轨的设计还能进一步提升防振单元10的隔振功效。
[0050] 在本实施例中，第一压电致动器121可选择性地固定在基座100上，并且伸入中间体150的凹槽RS内以抵接中间体150。然而，本发明不限于此。在其他实施例中，第一压电致动器121也可固定在中间体150的凹槽RS内，并且抵靠在基座100上。
[0051] 特别说明的是，为了避免中间体150与第一压电致动器121的接触表面若非平行时而在施力过程中形成间隙，中间体150与第一压电致动器121的接触型态可以是单点接触。举例来说，在本实施例中，第一压电致动器121与中间体150之间可设有抵接件161。抵接件
161可固定在第一压电致动器121朝向中间体150的一侧，且抵接件161在朝向中间体150的一侧表面为一弧面。
[0052] 在第一压电致动器121沿着第一方向施力于中间体150的过程中，抵接件161的该弧面并不会产生明显的形变，进而确保第一压电致动器121与中间体150的接触型态能维持在单点接触。通过此单点接触的关系，能确保第一压电致动器121的施力能准确地作用在中间体150上。抵接件161的材料例如包括碳化钨、陶瓷、硬化钢、或其他合适的高硬度材料。
[0053] 在本实施例中，第一弹性体131设置在基座100上，并且围绕第一压电致动器121。中间体150设置在第一弹性体131上。更具体地说，第一弹性体131是夹设在基座100与中间体150之间。
[0054] 进一步而言，防振单元10更包括第二压电致动器122与至少一第二弹性体132。第二压电致动器122与第二弹性体132分别设置在中间体150沿着第二方向(例如方向X)的相对两侧，且各自适于沿着第二方向伸缩，其中第二方向相交于(例如垂直于)第一方向。
[0055] 在本实施例中，中间体150在背离凹槽RS的一侧可具有容置空间AS，且此容置空间AS内设有弹性结构170。亦即，弹性结构170是设置在中间体150沿着第一方向背离第一压电致动器121与第一弹性体131的另一侧(如图1所示)。特别说明的是，设置在容置空间AS内的弹性结构170与中间体150沿着第一方向(例如方向X)或第三方向(例如方向Y)具有间隙G(如图2所示)，且此间隙G沿着间隔方向的宽度大于0mm，例如是2mm。亦即，只要中间体150与弹性结构170之间设有间隙G即可。
[0056] 举例来说，弹性结构170可以是多个刚性层171与多层弹性体膜172交互堆叠而成，其中弹性体膜172的材料可包括聚合物(例如天然橡胶或聚酯橡胶)或共聚物，但不限于此。在其他实施例中，弹性结构还可包含与多层弹性体膜172交叠设置的多个板状弹簧。
[0057] 相似于基座100与中间体150之间的导轨GR1，弹性结构170与中间体150之间也可设有导轨GR2，其中导轨GR2可以是气静压导轨或液静压导轨。通过导轨GR2的设置能让弹性结构170在中间体150的容置空间AS内以近似无摩擦力的方式沿着第二方向微移动，以实现快速响应。此外，气静压导轨或液静压导轨的设计还能进一步提升防振单元10的隔振功效。
[0058] 第二压电致动器122与第二弹性体132分别设置在弹性结构170沿着第二方向的相对两侧，并且各自抵接弹性结构170。第二压电致动器122与第二弹性体132所构成的第二组致动结构适于带动弹性结构170沿着第二方向往复移动。在本实施例中，第一压电致动器121与第一弹性体131所构成的致动结构的伸缩轴向可垂直于第二压电致动器122与第二弹性体132所构成的另一致动结构的伸缩轴向，但不以此为限。
[0059] 相似于第一压电致动器121与中间体150的接触型态，第二压电致动器122与第二弹性体132各自与弹性结构170的接触型态也可以是单点接触。亦即，第二压电致动器122与弹性结构170之间可设有抵接件162，而第二弹性体132与弹性结构170之间可设有抵接件163。抵接件162与抵接件163各自在朝向弹性结构170的一侧表面为一弧面。
[0060] 在第二压电致动器122沿着第二方向施力于弹性结构170的过程中，抵接件162与抵接件163各自的该弧面并不会产生明显的形变，进而确保第二压电致动器122与第二弹性体132各自与弹性结构170的接触型态能维持在单点接触。通过此单点接触的关系，能确保第二压电致动器122的施力以及第二弹性体132的回弹力能准确地作用在弹性结构170上。抵接件162与抵接件163的材料例如包括碳化钨、陶瓷、硬化钢、或其他合适的高硬度材料。
[0061] 在本实施例中，第二压电致动器122与中间体150之间设有适于沿着第二方向伸缩的辅助弹性体142，且第二压电致动器122可经由辅助弹性体142而固定在中间体150上，但不以此为限。在其他实施例中，第二压电致动器122也可直接固定在中间体150上。
[0062] 在本实施例中，第二压电致动器122与辅助弹性体142之间可选择性地设有预压活塞182，且预压活塞182与中间体150之间可设有导轨GR3a，其中导轨GR3a可以是气静压导轨或液静压导轨。通过导轨GR3a的设置能让第二压电致动器122在中间体150内以近似无摩擦力的方式沿着第二方向微移动，以实现快速响应。此外，气静压导轨或液静压导轨的设计还能进一步提升防振单元10的隔振功效。
[0063] 特别注意的是，在本实施例中，抗振单元10的第二弹性体132的数量例如是两个。第二压电致动器122具有平行于第二方向的致动轴AAX1，且这两个第二弹性体132分别位在第二压电致动器122的致动轴AAX1的相对两侧。更具体地说，这两个第二弹性体132的伸缩方向虽然平行于第二压电致动器122的伸缩方向，但都采用偏离致动轴AAX1的方式设置。藉此，可避免弹性结构170在第二压电致动器122的施力或第二弹性体132的回弹力作用下产生旋转力矩而偏离第二方向移动，进而确保抗振单元10在第二方向上的抗振效果。
[0064] 进一步而言，抗振单元10更包括第三压电致动器123与至少一第三弹性体133。第三压电致动器123与第三弹性体133分别设置在中间体150沿着第三方向(例如方向Y)的相对两侧，且各自适于沿着第三方向伸缩，其中第三方向相交于(例如垂直于)第一方向与第二方向。
[0065] 第三压电致动器123与第三弹性体133分别设置在弹性结构170沿着第三方向的相对两侧，并且各自抵接弹性结构170。第三压电致动器123与第三弹性体133所构成的第三组致动结构适于带动弹性结构170沿着第三方向往复移动。在本实施例中，第三压电致动器123与第三弹性体133所构成的致动结构的伸缩轴向可垂直于第二压电致动器122与第二弹性体132所构成的第二组致动结构的伸缩轴向以及第一压电致动器121与第一弹性体131所构成的第一组致动结构的伸缩轴向，但不以此为限。
[0066] 相似于第二压电致动器122与弹性结构170的接触型态，第三压电致动器123与第三弹性体133各自与弹性结构170的接触型态也可以是单点接触。亦即，第三压电致动器123与弹性结构170之间可设有抵接件162，而第三弹性体133与弹性结构170之间可设有抵接件163。抵接件162与抵接件163各自在朝向弹性结构170的一侧表面为一弧面。
[0067] 在第三压电致动器123沿着第三方向施力于弹性结构170的过程中，抵接件162与抵接件163各自的该弧面并不会产生明显的形变，进而确保第三压电致动器123与第三弹性体133各自与弹性结构170的接触型态能维持在单点接触。通过此单点接触的关系，能确保第三压电致动器123的施力以及第三弹性体133的回弹力能准确地作用在弹性结构170上。
[0068] 在本实施例中，第三压电致动器123与中间体150之间设有适于沿着第三方向伸缩的辅助弹性体143，且第三压电致动器123可经由辅助弹性体143而固定在中间体150上，但不以此为限。在其他实施例中，第三压电致动器123也可直接固定在中间体150上。
[0069] 在本实施例中，第三压电致动器123与辅助弹性体143之间可选择性地设有预压活塞183，且预压活塞183与中间体150之间可设有导轨GR3b，其中导轨GR3b可以是气静压导轨或液静压导轨。通过导轨GR3b的设置能让第三压电致动器123在中间体150内以近似无摩擦力的方式沿着第三方向微移动，以实现快速响应。此外，气静压导轨或液静压导轨的设计还能进一步提升防振单元10的隔振功效。
[0070] 特别说明的是，无论前述的导轨是气静压式或液静压式，气压或液压都可经由同一管路或不同管路进入前述的多个导轨面(例如导轨GR1、导轨GR2、导轨GR3a与导轨GR3b)。然而，本发明不限于此。在其他实施例中，导轨也可以是一般的滚柱导轨或滚珠导轨。
[0071] 在本实施例中，抗振单元10的第三弹性体133的数量例如是两个。第三压电致动器123具有平行于第三方向的致动轴AAX2，且这两个第三弹性体133分别位在第三压电致动器
123的致动轴AAX2的相对两侧。更具体地说，这两个第三弹性体133的伸缩方向虽然平行于第三压电致动器123的伸缩方向，但都采用偏离致动轴AAX2的方式设置。藉此，可避免弹性结构170在第三压电致动器123的施力或第三弹性体133的回弹力作用下偏离第三方向移动，进而确保抗振单元10在第三方向上的抗振效果。
[0072] 由于本实施例的抗振单元10配置有三组不同轴向的致动结构，因此可实现三个自由度的振动隔离。
[0073] 请参照图1至图3，在本实施例中，抗振单元10的弹性结构170适于承接一载台200，而该载台200上可设置用于精密制程或精密加工的机具，但不限于此。举例来说，第一弹性体131可具有弹性系数K1与阻尼系数C1，并作为中间体150与基座100间的弹性阻尼器。辅助弹性体142可具有弹性系数K2与阻尼系数C2，并作为弹性结构170与中间体150间的弹性阻尼器。辅助弹性体143可具有弹性系数K3与阻尼系数C3，并作为弹性结构170与中间体150间的弹性阻尼器。弹性结构170可具有弹性系数K4与阻尼系数C4，并作为载台200与中间体150间的弹性阻尼器。
[0074] 另一方面，第一压电致动器121适于沿着第一方向(例如方向Z)对中间体150施力F1，第二压电致动器122适于沿着第二方向(例如方向X)对弹性结构170施力F2，而第三压电致动器123适于沿着第三方向(例如方向Y)对弹性结构170施力F3。当上述任一的压电致动器停止作动时，在同一方向上伸缩的弹性体可提供相对应的回弹力。藉此，可降低压电致动器的配置数量。
[0075] 在本实施例中，抗振单元10还可包括控制单元300与多个加速规，例如第一加速规191、第二加速规192与第三加速规193。第一加速规191设置在基座100上，第二加速规192设置在中间体150上，第三加速规193设置在载台200上。
[0076] 在本实施例中，加速规可以是三轴加速规，且其三个感测轴向分别设定在第一方向、第二方向与第三方向，因此配置数量可以是一个，但不限于此。在其他实施例中，基座100、中间体150或载台200上的加速规可以是单轴。因此，若要实现三个轴向的加速度感测，单轴加速规的配置数量可以是三个，且分别对应三个不同轴向设置在基座100、中间体150或载台200上。
[0077] 举例来说，当抗振单元10的加速规感测到多个轴向的振动时，控制单元300会接收到来自这些加速规的感测信号并进行分析，再根据分析结果发送驱动信号至第一压电致动器121、第二压电致动器122、第三压电致动器123、或上述的组合，以提供减振所需的作用力。
[0078] 图4是依照本发明的一实施例的防振台的架构示意图。请参照图4，在本实施例中，防振台1可包括载台200以及分别设置载台200的四个角落的抗振单元11、抗振单元12、抗振单元13与抗振单元14。这些抗振单元的组成结构相似于图1及图2的抗振单元10，详细的说明请参见前述的相关段落，于此不再赘述。
[0079] 由于每一个抗振单元都具有三个自由度的振动隔离能力，本实施例的防振台1可具有六个自由度的抗振能力。
[0080] 举例来说，当抗振单元11的第三压电致动器123与抗振单元13的第二压电致动器122的驱动相位反相于抗振单元12的第二压电致动器122与抗振单元14的第三压电致动器
123的驱动相位时，防振台1具有移动轴AX1轴向上的抗振能力。当抗振单元11的第二压电致动器122与抗振单元12的第三压电致动器123的驱动相位反相于抗振单元13的第三压电致动器123与抗振单元14的第二压电致动器122的驱动相位时，防振台1具有移动轴AX2轴向上的抗振能力。当抗振单元11、抗振单元12、抗振单元13与抗振单元14各自的第一压电致动器
121以同相位启动时，防振台1具有移动轴AX3轴向上的抗振能力。
[0081] 当抗振单元11与抗振单元12各自的第一压电致动器121的驱动相位反相于抗振单元13与抗振单元14各自的第一压电致动器121的驱动相位时，防振台1具有相对于移动轴AX1的转动抗振能力。当抗振单元11与抗振单元13各自的第一压电致动器121的驱动相位反相于抗振单元12与抗振单元14各自的第一压电致动器121的驱动相位时，防振台1具有相对于移动轴AX2的转动抗振能力。当抗振单元11、抗振单元12、抗振单元13与抗振单元14各自的第三压电致动器123的驱动相位反向于抗振单元11、抗振单元12、抗振单元13与抗振单元14各自的第二压电致动器122的驱动相位时，防振台1具有相对于移动轴AX3的转动抗振能力。
[0082] 需说明的是，防振台1的抗振方向并不局限于前述移动轴AX1、移动轴AX2与移动轴AX3各自的轴向，在其他与这些移动轴相交的方向上，防振台1也具有抗振能力。例如：当抗振单元11的第二压电致动器122与第三压电致动器123的驱动相位反相于抗振单元14的第二压电致动器122与第三压电致动器123的驱动相位时，防振台1在偏离移动轴AX1与移动轴AX2各自轴向的方向上也具有抗振能力，且偏离程度可取决于抗振单元11或抗振单元14各自的第二压电致动器122与第三压电致动器123的伸缩量差异。以此类推，任何非在前述移动轴AX1、移动轴AX2与移动轴AX3各自轴向上的抗振能力都可以类似的驱动方式来实现，便不再赘述。
[0083] 由于本实施例的防振台1仅使用四个如图1及图2所示的抗振单元10即可具备六个自由度(三个平移与三个转动)的抗振能力，除了可大幅减少防振结构所需的布局空间外，还能降低设置成本。
[0084] 需说明的是，在本实施例中，防振台1的抗振单元虽然是以四个为例进行示范性的说明，但本发明不以此为限。在其他实施例中，抗振单元的使用数量与设置位置当可视实际的应用对象与使用环境而调整。
[0085] 综上所述，在本发明的一实施例中，抗振单元因整合有至少两轴向的致动结构而具有多自由度的防微振能力。各轴向的致动结构除了配置有一个压电致动器外，还设有伸缩方向与压电致动器相同的弹性体。藉此，可大幅缩减压电致动器的配置数量，以增加抗振单元的成本优势。
[0086] 当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明做出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。
