版權(quán)說明:本文檔由用戶提供并上傳,收益歸屬內(nèi)容提供方,若內(nèi)容存在侵權(quán),請(qǐng)進(jìn)行舉報(bào)或認(rèn)領(lǐng)
文檔簡(jiǎn)介
1、<p><b> 目錄</b></p><p><b> 摘 要1</b></p><p><b> 第一章 緒論2</b></p><p> 1.1 課題的研究背景2</p><p> 1.2 劃片機(jī)的發(fā)展過程2</p><p
2、> 1.3 三種劃片機(jī)的技術(shù)比較3</p><p> 1.4 國內(nèi)外劃片機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀4</p><p> 1.5 劃片機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)5</p><p> 1.6 砂輪劃片機(jī)的基本功能與系統(tǒng)構(gòu)成5</p><p> 1.7 本課題的主要研究內(nèi)容6</p><p> 第二章 IC封裝的介紹及劃片機(jī)
3、的工作原理7</p><p> 2.1 IC封裝的介紹7</p><p> 2.2 劃片機(jī)的工作原理8</p><p> 第三章 劃片機(jī)原理方案和結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)11</p><p> 3.1 劃片機(jī)設(shè)計(jì)方案的論證11</p><p> 3.2 劃片機(jī)的原理方案及結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)11</p&g
4、t;<p> 第四章 劃片機(jī)結(jié)構(gòu)參數(shù)的初步設(shè)計(jì)及相關(guān)計(jì)算14</p><p> 4.1 原動(dòng)機(jī)參數(shù)的初步的設(shè)計(jì)14</p><p> 4.2 X軸參數(shù)的初步設(shè)計(jì)14</p><p> 4.3 θ軸參數(shù)的初步設(shè)計(jì)14</p><p> 4.4 支承和導(dǎo)軌的確定14</p><p>
5、; 4.5 砂輪主軸的確定15</p><p> 第五章 劃片機(jī)X、θ軸機(jī)械結(jié)構(gòu)具體設(shè)計(jì)16</p><p> 5.1 X軸機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)及計(jì)算16</p><p> 5.2 θ軸機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)及計(jì)算18</p><p><b> 總結(jié)25</b></p><p> 參
6、 考 文 獻(xiàn)26</p><p> 劃片機(jī)的總體規(guī)劃及X、θ軸設(shè)計(jì)</p><p><b> 學(xué) 生:</b></p><p><b> 指導(dǎo)教師:</b></p><p><b> 學(xué)院</b></p><p> 摘 要:IC封裝是
7、半導(dǎo)體三大產(chǎn)業(yè)之一,劃片機(jī)是IC后封裝線上的第一道關(guān)鍵設(shè)備,其作用是把制作好的晶片切割成單元器件,為下一步單元晶片粘接做好準(zhǔn)備。劃片機(jī)切割晶片的規(guī)格一般為3-6晶片,單元晶片的外型一般為矩形或多邊形。目前,我國的半導(dǎo)體封裝設(shè)備所用的劃片機(jī),還主要從美國、日本、新加坡引進(jìn)。為了促進(jìn)劃片機(jī)的國產(chǎn)化,本課題組開展了IC封裝設(shè)備劃片機(jī)的研制工作。因此把“劃片機(jī)的總體規(guī)劃及X、θ軸設(shè)計(jì)”作為本次本科畢業(yè)論文的課題,既有較大的學(xué)術(shù)價(jià)值,又有廣闊的應(yīng)
8、用前景。 </p><p> 關(guān)鍵詞:晶片;劃片機(jī);半導(dǎo)體;切割 。 </p><p> 全套圖紙,加153893706 </p><p> Abstract: IC encapsulation is one of the three largest industries in semiconductor, and
9、 its first key equipment is wafer incision . Wafer incision is used to cut the chips into unit devices,preparing for the next step of bonding of unit chips.The specifications of cutting chip is usually 3 to 6 chips,and t
10、he shape of unit chips are rectangular or polygonal.Since to now ,wafer incision is used for IC encapsulation in our country is mainly introduced from America,Japan and Singapore.In order to pr</p><p> Keyw
11、ord: chip; wafer incision; semiconductor; cut.</p><p><b> 第一章 緒論</b></p><p> 1.1 課題的研究背景</p><p> IC封裝是半導(dǎo)體三大產(chǎn)業(yè)之一(器件設(shè)計(jì)、晶片制作和器件封裝)。其后封裝工序主要包括:劃片、粘片、超聲球焊、封裝、檢測(cè)、包裝。劃片機(jī)是IC后
12、封裝線上的第一道關(guān)鍵設(shè)備,其作用是把制作好的晶片切割成單元器件,為下一步單元晶片粘接做好準(zhǔn)備。劃片機(jī)切割晶片的規(guī)格一般為3-6晶片,單元晶片的外型一般為矩形或多邊形。目前,我國的半導(dǎo)體封裝設(shè)備(如劃片機(jī)、粘片機(jī)、金絲球焊機(jī)等)還主要從美國、日本、新加坡引進(jìn)。為了促進(jìn)IC封裝設(shè)備的國產(chǎn)化,本課題組開展了IC封裝設(shè)備劃片機(jī)的研制工作。因此把“劃片機(jī)的總體規(guī)劃及X、θ軸設(shè)計(jì)”作為本科論文的課題,既有較大的學(xué)術(shù)價(jià)值,又有廣闊的應(yīng)用前景[7]。&
13、lt;/p><p> 1.2 劃片機(jī)的發(fā)展過程</p><p> 劃片技術(shù)是集成電路后封裝的一道工序,劃片機(jī)的劃片方法根據(jù)其發(fā)展過程可以分為三種:金剛石劃片、激光劃片和砂輪劃片。</p><p><b> ?。?)金剛石劃片</b></p><p> 這是最早出現(xiàn)的劃片方法,是目前用得最少的方法,與劃玻璃的原理相同。使
14、用鋒利的金剛石尖端,以50克左右的固定載荷劃出小片的分割線,再加上彎曲力矩使之分成小片。一般來說,金剛石劃片時(shí)線條寬度為6一8μm 、深度為5μm ,硅表面發(fā)生塑性變形,線條周圍有微裂紋等。如果劃片時(shí)出現(xiàn)切屑,掰片時(shí)就可能裂開,小片的邊緣又不整齊,分片就不能順利進(jìn)行。金剛石尖有圓錐形(l點(diǎn)式)、四方錐形(4點(diǎn)式)等。圓錐形的金剛石尖是采用其十二面體晶格上的(111>軸,并將尖端加工成半徑2一5 μm的球面。劃片的成品率在很大程度上
15、取決于金剛石尖端的加工精度及其鋒利性的保持情況。</p><p><b> ?。?)激光劃片</b></p><p> 第二代劃片的方法是激光劃片。激光劃片就是將激光呈脈沖狀照射在硅片表面上,被光照的那一部分硅就會(huì)因吸收激光而被加熱到10000℃的高溫,并在一瞬間即氣化或熔化了,使硅片留下溝槽,然后再沿溝槽進(jìn)行分開的方法。激光劃片時(shí),硅粉會(huì)粘在硅片表面上,所以還必須
16、對(duì)硅片上的灰塵進(jìn)行必要的處理。該方法劃硅片比金剛石劃片的成品率高,所以曾經(jīng)在一個(gè)時(shí)期內(nèi)替代了金剛石劃片。</p><p> 但激光劃片對(duì)工藝條件十分敏感。激光功率、劃片速度、焦點(diǎn)位置、氣流壓力等參數(shù)的波動(dòng)或變化都會(huì)影響劃片質(zhì)量,致使劃片深度尺寸不均勻,導(dǎo)致分片時(shí)容易碎片,降低成品率,增加了成本。同時(shí)激光劃片時(shí),高溫對(duì)熱組織區(qū)內(nèi)的材料也有很大的影響,從而影響到芯片的性能。但激光劃片相對(duì)于其他的劃片技術(shù)來說,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)
17、單,在切割中和切割后芯片碎裂率少,無論單晶硅片薄厚,切口寬度均小于3μm,切口邊緣平直、精準(zhǔn)、光滑,能夠在每片晶圓上制作并切割出更多數(shù)量的芯片。</p><p><b> (3)砂輪劃片</b></p><p> 第三代劃片機(jī)是砂輪劃片機(jī)。砂輪劃片機(jī)是利用高速運(yùn)轉(zhuǎn)的空氣靜壓主軸帶動(dòng)刀片,通過光柵尺和導(dǎo)軌系統(tǒng)的控制,將刀刃定位在加工材料上,最終形成具有一定深度和寬度
18、的切口[1]。砂輪劃片工藝質(zhì)量與主軸轉(zhuǎn)速、切割速度、刀片厚度等都有一定的關(guān)系。相對(duì)合理的主軸轉(zhuǎn)速能有效地控制刀片在隨主軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的相對(duì)震動(dòng)、有利于刀片在切割時(shí)的徑向穩(wěn)定性,從而提高切割質(zhì)量。刀片的切割速度決定工作效率,如果切割速度不斷變大,在切割的過程中沿溝槽的刀具的速度也會(huì)變得不好控制。切割速度會(huì)受制于待加工材料的硬度,如硅晶圓表面材料的硬度直接決定切割速度。如果切割超硬材料時(shí)切割深度過大都不利于刀片的正常使用,并最終影響到刀片的壽命。
19、</p><p> 1.3 三種劃片機(jī)的技術(shù)比較</p><p> 三種劃片技術(shù)的比較如表1所示。由表1可以看出,砂輪劃片的加工速度、加工深度、加工寬度、加工效果等相對(duì)其他兩種加工技術(shù)具有突出的優(yōu)點(diǎn),因此砂輪劃片是目前的主流加工技術(shù)。</p><p> 表1 三種劃片機(jī)的技術(shù)比較</p><p> 1.4 國內(nèi)外劃片機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀<
20、;/p><p> 在國外,劃片機(jī)自七十年代初問世以來,發(fā)展非常迅速,應(yīng)用領(lǐng)域也越來越廣,品種也在不斷增加。剛開始時(shí),只有日本、英國、美國三個(gè)國家的四、五個(gè)公司制造劃片機(jī),而如今俄羅斯、臺(tái)灣、中國大陸也都制造出了劃片機(jī),劃片機(jī)制造廠家己經(jīng)發(fā)展到十多個(gè)公司[2]。目前,國外生產(chǎn)劃片機(jī)的廠商主要有:日本DISCO、東京精密TSK,以色列ADT,以及英國流星Loadpoint公司最初生產(chǎn)的劃片機(jī)只是用來切割晶體管半導(dǎo)體硅片
21、,只能切割最大為3英寸的硅片。而如今,它不僅可以切割硅片,還可以切割其它的薄、脆、硬材料,應(yīng)用領(lǐng)域越來越廣泛。日本DISCO公司生產(chǎn)的劃片機(jī)占世界劃片機(jī)銷量的80%,代表著當(dāng)今劃片機(jī)的較高水平。該公司在2002年12月推出了DFD636O型劃片機(jī),該機(jī)最大劃片尺寸達(dá)3O0mm(12英寸),劃片槽寬度達(dá)到20μm切割速度高達(dá)600mm/s,定位精度最高達(dá)0.003mm。JPsereezAssoeiateS公司生產(chǎn)紫外(UV)激光劃片機(jī),可
22、用于切割300mm直徑的單晶硅圓片,采用355un或266nm的短脈沖UV激光光源,采用了高性能、超精確的氣動(dòng)操作臺(tái),獲得了較高的速度和加速度,斷面邊緣光滑平直</p><p> 我國真正研制劃片機(jī)的時(shí)間較晚,基本上是從七十年代開始的。1982年我國研制出第一臺(tái)國產(chǎn)化的砂輪劃片機(jī),結(jié)束了當(dāng)時(shí)我國劃片機(jī)完全依賴進(jìn)口的局面。國產(chǎn)劃片機(jī)設(shè)備制造商主要有:中國電子科技集團(tuán)公司第45研究所、沈陽儀表科學(xué)研究院、西安捷盛電
23、子技術(shù)有限責(zé)任公司、上海富安工廠自動(dòng)化有限公司、武漢三工光電設(shè)備制造有限公司。</p><p> 我國的劃片機(jī)主要以中國電子科技集團(tuán)第45研究所為代表,該研究所從1994年開始先后生產(chǎn)了HP602型(150mm)精密自動(dòng)劃片機(jī),該款劃片機(jī)采用恒力矩變頻分相調(diào)速技術(shù),可以減少圓片正反面的崩角情況并能夠提高芯片的抗折強(qiáng)度,從而提高了芯片的質(zhì)量,工作臺(tái)采用滾動(dòng)導(dǎo)軌;在此基礎(chǔ)上于2004年研制了HP801型(200mm
24、)精密自動(dòng)劃片機(jī),在增大硅晶圓片一的直徑的同時(shí),也增加了硅晶圓片上芯片的數(shù)量,提高了芯片產(chǎn)出的效率,并達(dá)到了實(shí)用化,定位精度為士10μm;而后又研制了KS780等型號(hào)的劃片機(jī)。沈陽儀表科學(xué)研究院研制了ZSHS型自動(dòng)砂輪劃片機(jī),精度達(dá)到了士5μm μm /35Omm,切割晶圓的行程為152.4mm,與當(dāng)時(shí)國際上203.2mm有很大的差距,切割速度為150mm/S,與當(dāng)時(shí)的國外先進(jìn)的劃片速度300mlm/s還相差很大。目前,國產(chǎn)新型的雙軸2
25、00mm(8英寸)精密自動(dòng)劃片機(jī),也已進(jìn)入了實(shí)用化階段,劃片槽寬度達(dá)到30~40μm。2010年1月3日,蘇州天弘激光股份有限公司推出了其第一款晶圓激光劃片機(jī)TH一321型激光劃片機(jī),采用高精度的兩維直線電機(jī)工作臺(tái)及直驅(qū)旋轉(zhuǎn)平臺(tái),劃片槽寬度降低</p><p> 1.5 劃片機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)</p><p> 伴隨著電子技術(shù)及相關(guān)產(chǎn)業(yè)的飛速發(fā)展,國際半導(dǎo)體業(yè)的生產(chǎn)已發(fā)生了巨大變化。集成電路
26、由大規(guī)模向超大規(guī)模發(fā)展,集成度越來越高,劃片槽越來越窄,一般在30~40μm[14]。迄今為止,其遵循的主要規(guī)律是:每個(gè)芯片上的晶體管數(shù)每年增加50﹪,或每3.5年增加4倍;特征尺寸、門延遲、連線的步徑(線寬+間距)每年減少13﹪。這對(duì)于以金剛石砂輪為刃具的強(qiáng)力磨削加工工藝來說,已進(jìn)入臨界尺寸。為了降低成本,硅片的直徑越做越大,目前國際上已有15個(gè)國家(地區(qū))建有160多條8英寸生產(chǎn)線,7個(gè)國家(地區(qū))建有12英寸生產(chǎn)線。</p&
27、gt;<p> 硅片直徑由6英寸增大到8英寸,面積只增加78﹪,但其中可供芯片利用的面積增加了90﹪,晶圓片的成本和價(jià)值大幅增加,給劃片機(jī)的加工精度、可靠性、穩(wěn)定性提出了越來越苛刻的要求,使劃片設(shè)備的設(shè)計(jì)更加復(fù)雜,加工制造更加困難。</p><p> 為了適應(yīng)集成電路的發(fā)展,劃片設(shè)備技術(shù)和工藝有了較快發(fā)展。最初的砂輪劃片機(jī)只是半自動(dòng)設(shè)備,控制系統(tǒng)采用的是單片機(jī),容量小,設(shè)備的功能較少,設(shè)備的加工
28、精度也不高。隨著相關(guān)技術(shù)的發(fā)展,現(xiàn)在國外已有全自動(dòng)的砂輪劃片機(jī),一般由主機(jī)部分、自動(dòng)對(duì)準(zhǔn)、自動(dòng)上下片、自動(dòng)清洗4個(gè)單元組成。砂輪劃片機(jī)的控制系統(tǒng)已開始采用工控機(jī)控制系統(tǒng),控制功能增強(qiáng);采用光柵測(cè)長系統(tǒng)控制各軸的精密分度定位,步進(jìn)定位精度小于0.003mm;采用CCD光學(xué)對(duì)準(zhǔn)顯微鏡進(jìn)行自動(dòng)圖像識(shí)別,自動(dòng)圖形對(duì)準(zhǔn)。目前日本的DISCO公司又推出了引領(lǐng)劃片機(jī)潮流、代表劃片機(jī)最高技術(shù)水平的雙軸對(duì)裝式12英寸的全自動(dòng)劃片機(jī),并逐漸進(jìn)入實(shí)用化階段。
29、</p><p> 1.6 砂輪劃片機(jī)的基本功能與系統(tǒng)構(gòu)成</p><p> 從劃片的要求出發(fā),砂輪劃片機(jī)應(yīng)具備以下一些功能和裝置:</p><p> 1.具有能進(jìn)行精確平行線切割的機(jī)構(gòu),所以砂輪刀片或承載工件的承片臺(tái)應(yīng)能作X一Y運(yùn)動(dòng)。</p><p> 2.為了切割不同深度的工件和讓刀的需要,應(yīng)具有能進(jìn)行高度調(diào)整的機(jī)構(gòu),所以砂輪刀片
30、或承片臺(tái)應(yīng)能作Z運(yùn)動(dòng)。</p><p> 3.為了進(jìn)行兩個(gè)以上方向的切割,應(yīng)具有能進(jìn)行轉(zhuǎn)向的機(jī)構(gòu),所以砂輪刀片或承片臺(tái)應(yīng)能作θ向運(yùn)動(dòng)。</p><p> 4.為了固定薄脆工件,應(yīng)具有合適的夾緊裝置。</p><p> 5.應(yīng)具有高轉(zhuǎn)速、高精度的砂輪刀片驅(qū)動(dòng)裝置——中頻空氣靜壓電主軸。</p><p> 6.圖形對(duì)準(zhǔn)裝置——光學(xué)顯微鏡及
31、其調(diào)整機(jī)構(gòu),精確切割帶有圖形的工件。</p><p> 7.空氣壓縮機(jī)和空氣過濾裝置,給中頻空氣靜壓電主軸提供潔凈的壓縮空氣。</p><p> 8.上、下冷卻水裝置,提供充足的冷卻液。</p><p> 9.滿足生產(chǎn)率和精度要求的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)、相應(yīng)的硬件以及控制軟件。</p><p> 1.7 本課題的主要研究內(nèi)容</p&g
32、t;<p> (1) 通過調(diào)研和參閱相關(guān)資料,了解IC封裝及劃片機(jī)的工作原理; </p><p> (2) 完成原理方案設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì),確定實(shí)施方案; </p><p> (3) 對(duì)劃片機(jī)進(jìn)行結(jié)構(gòu)參數(shù)的初步設(shè)計(jì),并完成相關(guān)的計(jì)算; </p
33、><p> (4) 完成劃片機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)X、θ軸進(jìn)行具體設(shè)計(jì);(X軸效行程大于180mm,劃片速度0-300mm/s; θ轉(zhuǎn)臺(tái):轉(zhuǎn)角為±100°,轉(zhuǎn)角最小分辨率小于8角秒); </p><p> (5) 完成裝配圖和零件圖。 </p&g
34、t;<p> 第二章 IC封裝的介紹及劃片機(jī)的工作原理</p><p> 2.1 IC封裝的介紹</p><p> 2.1.1 IC封裝的概念</p><p> IC封裝,就是指把硅片上的電路管腳,用導(dǎo)線接引到外部接頭處,以便與其它器件連接.封裝形式是指安裝半導(dǎo)體集成電路芯片用的外殼。它不僅起著安裝、固定、密封、保護(hù)芯片及增強(qiáng)電熱性能等方
35、面的作用,而且還通過芯片上的接點(diǎn)用導(dǎo)線連接到封裝外殼的引腳上,這些引腳又通過印刷電路板上的導(dǎo)線與其他器件相連接,從而實(shí)現(xiàn)內(nèi)部芯片與外部電路的連接。因?yàn)樾酒仨毰c外界隔離,以防止空氣中的雜質(zhì)對(duì)芯片電路的腐蝕而造成電氣性能下降。另一方面,封裝后的芯片也更便于安裝和運(yùn)輸。由于封裝技術(shù)的好壞還直接影響到芯片自身性能的發(fā)揮和與之連接的PCB(印制電路板)的設(shè)計(jì)和制造,因此它是至關(guān)重要的。</p><p> 2.1.2
36、IC封裝的分類</p><p> 封裝主要分為DIP雙列直插和SMD貼片封裝兩種。從結(jié)構(gòu)方面,封裝經(jīng)歷了最早期的晶體管TO(如TO-89、TO92)封裝發(fā)展到了雙列直插封裝,隨后由PHILIP公司開發(fā)出了SOP小外型封裝,以后逐漸派生出SOJ(J型引腳小外形封裝)、TSOP(薄小外形封裝)、VSOP(甚小外形封裝)、SSOP(縮小型SOP)、TSSOP(薄的縮小型SOP)及SOT(小外形晶體管)、SOIC(小外
37、形集成電路)等。從材料介質(zhì)方面,包括金屬、陶瓷、塑料、塑料,目前很多高強(qiáng)度工作條件需求的電路如軍工和宇航級(jí)別仍有大量的金屬封裝。 封裝大致經(jīng)過了如下發(fā)展進(jìn)程: </p><p> 結(jié)構(gòu)方面:TO->DIP->PLCC->QFP->BGA ->CSP; </p><p> 材料方面:金屬、陶瓷->陶瓷、塑料->塑料; </p>
38、;<p> 引腳形狀:長引線直插->短引線或無引線貼裝->球狀凸點(diǎn); </p><p> 裝配方式:通孔插裝->表面組裝->直接安裝 。</p><p> 2.1.3 具體封裝形式</p><p> SOP/SOIC封裝 SOP是英文Small Outline Package 的縮寫,即小外形封裝。SOP封裝技術(shù)
39、由1968~1969年菲利浦公司開發(fā)成功,以后逐漸派生出SOJ(J型引腳小外形封裝)、TSOP(薄小外形封裝)、VSOP(甚小外形封裝)、SSOP(縮小型SOP)、TSSOP(薄的縮小型SOP)及SOT(小外形晶體管)、SOIC(小外形集成電路)等。 </p><p> DIP封裝 DIP是英文 Double In-line Package的縮寫,即雙列直插式封裝。插裝型封裝之一,引腳從封裝兩側(cè)引出,封裝材
40、料有塑料和陶瓷兩種。DIP是最普及的插裝型封裝,應(yīng)用范圍包括標(biāo)準(zhǔn)邏輯IC,存貯器LSI,微機(jī)電路等。</p><p> PLCC封裝 PLCC是英文Plastic Leaded Chip Carrier 的縮寫,即塑封J引線芯片封裝。PLCC封裝方式,外形呈正方形,32腳封裝,四周都有管腳,外形尺寸比DIP封裝小得多。PLCC封裝適合用SMT表面安裝技術(shù)在PCB上安裝布線,具有外形尺寸小、可靠性高的優(yōu)點(diǎn)。
41、</p><p> TQFP封裝 TQFP是英文thin quad flat package的縮寫,即薄塑封四角扁平封裝。四邊扁平封裝(TQFP)工藝能有效利用空間,從而降低對(duì)印刷電路板空間大小的要求。由于縮小了高度和體積,這種封裝工藝非常適合對(duì)空間要求較高的應(yīng)用,如 PCMCIA 卡和網(wǎng)絡(luò)器件。幾乎所有ALTERA的CPLD/FPGA都有 TQFP 封裝。</p><p> PQ
42、FP封裝 PQFP是英文Plastic Quad Flat Package的縮寫,即塑封四角扁平封裝。PQFP封裝的芯片引腳之間距離很小,管腳很細(xì),一般大規(guī)?;虺笠?guī)模集成電路采用這種封裝形式,其引腳數(shù)一般都在100以上。 </p><p> TSOP封裝 TSOP是英文Thin Small Outline Package的縮寫,即薄型小尺寸封裝。TSOP內(nèi)存封裝技術(shù)的一個(gè)典型特征就是在封裝芯片的周圍
43、做出引腳, TSOP適合用SMT技術(shù)(表面安裝技術(shù))在PCB(印制電路板)上安裝布線。TSOP封裝外形尺寸時(shí),寄生參數(shù)(電流大幅度變化時(shí),引起輸出電壓擾動(dòng)) 減小,適合高頻應(yīng)用,操作比較方便,可靠性也比較高。 </p><p> BGA封裝 BGA是英文Ball Grid Array Package的縮寫,即球柵陣列封裝。20世紀(jì)90年代隨著技術(shù)的進(jìn)步,芯片集成度不斷提高,I/O引腳數(shù)急劇增加,功耗也隨之增
44、大,對(duì)集成電路封裝的要求也更加嚴(yán)格。為了滿足發(fā)展的需要,BGA封裝開始被應(yīng)用于生產(chǎn)。 </p><p> 采用BGA技術(shù)封裝的內(nèi)存,可以使內(nèi)存在體積不變的情況下內(nèi)存容量提高兩到三倍,BGA與TSOP相比,具有更小的體積,更好的散熱性能和電性能。BGA封裝技術(shù)使每平方英寸的存儲(chǔ)量有了很大提升,采用BGA封裝技術(shù)的內(nèi)存產(chǎn)品在相同容量下,體積只有TSOP封裝的三分之一;另外,與傳統(tǒng)TSOP封裝方式相比,BGA封裝
45、方式有更加快速和有效的散熱途徑。</p><p> 2.2 劃片機(jī)的工作原理</p><p> 2.2.1 金剛石劃片機(jī)的工作原理</p><p> 金剛石劃片機(jī)的工作原理如圖1所示。金剛石劃片機(jī)是通過高速旋轉(zhuǎn)的金剛石刀片對(duì)基板進(jìn)行切割,而傳統(tǒng)的激光劃片采用脈沖激光在陶瓷上沿直線打一系列互相銜接的盲孔,孔的深度只需要陶瓷厚度的1∕3到1∕4 ,由于應(yīng)力集中
46、,陶瓷材料沿此線即可折斷。所以金剛石劃片工藝優(yōu)勢(shì)在于劃片精度高,基板邊緣整齊,而使用激光劃片機(jī)的基板邊緣粗糙,精度難以控制。</p><p> 圖1 金剛石劃片機(jī)原理</p><p> 2.2.2 激光劃片機(jī)的工作原理</p><p> 激光劃片機(jī)由激光晶體、電源驅(qū)動(dòng)與控制系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、光學(xué)掃描聚集系統(tǒng)、真空泵、切割控制系統(tǒng)、二維運(yùn)動(dòng)工作臺(tái)、計(jì)算機(jī)等組成。
47、控制臺(tái)上有電源、真空泵、冷卻水、緊急停止等的開關(guān)按鈕和電流調(diào)節(jié)旋鈕等。工作臺(tái)面上布有氣孔,氣孔與真空泵相連,打開真空泵后電池片就被吸附在控制臺(tái)上,使電池片在切割過程中保持平整并不易移動(dòng)。</p><p> 激光具有高亮度、高方向性、高單色性和高相干性。激光束通過聚焦后,在焦點(diǎn)處產(chǎn)生數(shù)千度甚至上萬度的高溫,使其能加工所有的材料。激光劃片機(jī)通過聚焦鏡把激光束聚焦在電池片的表面,形成高功率密度光斑(約1000000w
48、/mm2),使硅片表面材料瞬間氣化并在運(yùn)動(dòng)過程中形成一定深度的溝槽,由于溝槽處應(yīng)力集中,所以使電池片很容易沿溝槽整齊斷開?!凹す鈩澠睘榉墙佑|加工,劃片效應(yīng)是通過表層的物質(zhì)蒸發(fā)出深層物質(zhì),或是通過光能作用導(dǎo)致物質(zhì)的化學(xué)鍵斷裂而劃出痕跡。因此,用激光切割太陽能電池片,能較好地防止電池片的損傷和對(duì)電池片的污染,提高電池片的利用率。</p><p> 2.2.3 砂輪劃片機(jī)的工作原理</p><
49、p> 砂輪劃片機(jī)是精密切割專用設(shè)備。被切割的工件通常是圓形或正方形的薄、脆、硬</p><p> 硅片,切割前大片的尺寸最小是直徑為小50~的圓形片,最大是邊長為200~的正</p><p> 方形片,切割后小粒子的尺寸最小是邊長為0.2~的正方形。切割后小粒子的形狀有</p><p> 正方形、長方形和正六邊形。它主要采用超薄金剛石刀片作為劃切加工刃
50、具,主軸帶動(dòng)刀具高速旋轉(zhuǎn),通過強(qiáng)力磨削對(duì)集成電路基片,以及各種硬脆材料進(jìn)行高精度開槽和分割。</p><p> 第三章 劃片機(jī)原理方案和結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)</p><p> 3.1 劃片機(jī)設(shè)計(jì)方案的論證</p><p> 根據(jù)設(shè)計(jì)要求劃片機(jī)的劃片速度為0到300mm/s,再結(jié)合第一、二章及下表表2所示,本次劃片機(jī)的設(shè)計(jì)選擇為砂輪劃片機(jī);由于對(duì)X軸的導(dǎo)軌精度要求較高,
51、可選用THK超精密直線導(dǎo)軌,通過滾珠絲杠帶動(dòng)滑板沿X方向運(yùn)動(dòng);對(duì)θ軸傳動(dòng)系統(tǒng)要求要有準(zhǔn)確的分度,可以實(shí)現(xiàn)小分辨率,能進(jìn)行微調(diào),這需要很高的傳動(dòng)比,因此θ軸傳動(dòng)部件確定為有較大傳動(dòng)比的蝸輪蝸桿傳動(dòng)。</p><p> 表2 三種劃片機(jī)的技術(shù)比較</p><p> 3.2 劃片機(jī)的原理方案及結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)</p><p> 按照上述工作原理和基本功能要求,主機(jī)運(yùn)動(dòng)
52、就是砂輪刀片與承載工件的承片臺(tái)兩者之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。砂輪劃片機(jī)總體結(jié)構(gòu)方案可有許多種,下面列出四種典型方案進(jìn)行比較,如表3所示。</p><p> 第一種方案中承片臺(tái)除了作X一Y十字運(yùn)動(dòng)外,,還要作Z向上下、θ向旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng),四重結(jié)構(gòu),結(jié)構(gòu)復(fù)雜,機(jī)器的自重大,運(yùn)動(dòng)慣性大,影響定位精度,所以不宜采用。</p><p> 第二種方案中承片臺(tái)除了作X一Y十字運(yùn)動(dòng)外,還要作θ向旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng),結(jié)構(gòu)比第一種
53、稍簡(jiǎn)單,但同樣存在運(yùn)動(dòng)慣性大,影響定位精度的缺點(diǎn),不宜采用。</p><p> 第三種方案中,承片臺(tái)只作X一Y十字運(yùn)動(dòng),結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單。但砂輪刀片除自轉(zhuǎn)外,還要作Z向上下、θ向旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng),結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜,而且冷卻液的出口與砂輪刀片的相對(duì)位置是固定的,隨著砂輪刀片的旋轉(zhuǎn),冷卻液出口也在旋轉(zhuǎn),這就增加了防水的難度。防止水的泄露,對(duì)劃片機(jī)來說是非常重要的環(huán)節(jié),因?yàn)樗男孤稌?huì)導(dǎo)致精密零部件的腐蝕,最后導(dǎo)致整臺(tái)設(shè)備很快喪失精度
54、,無法使用。因此,這種方案不宜采用。</p><p> 第四種方案中,承片臺(tái)只作X向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng),結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單。砂輪刀片雖然除了要作自轉(zhuǎn)外,還要做Y向進(jìn)給以及上下運(yùn)動(dòng),但結(jié)構(gòu)也較簡(jiǎn)單,而且砂輪刀片的運(yùn)動(dòng)范圍比較小,防止水的泄露要容易的多,所以最終決定采用這種結(jié)構(gòu)方案。</p><p> 表3 砂輪劃片機(jī)總體結(jié)構(gòu)方案比較表</p><p> 晶片通過吸附固
55、定在晶片承載臺(tái)上,晶片承載臺(tái)與θ軸一起安放在X軸運(yùn)動(dòng)滑臺(tái)上,X軸導(dǎo)軌帶動(dòng)滑臺(tái)做往復(fù)運(yùn)動(dòng),以完成單元晶片的切割,對(duì)X軸的導(dǎo)軌精度要求較高,可選用THK超精密直線導(dǎo)軌,導(dǎo)軌行走平行度為3.5μm/300mm,絲杠導(dǎo)程為5mm。電機(jī)選用額定轉(zhuǎn)速為3000r/min的交流伺服電機(jī)。θ軸系統(tǒng)的功能是帶動(dòng)承片臺(tái)順、逆時(shí)針旋轉(zhuǎn),旋轉(zhuǎn)范圍為±100°。對(duì)θ軸傳動(dòng)系統(tǒng)要求要有準(zhǔn)確的分度,可以實(shí)現(xiàn)小分辨率,能進(jìn)行微調(diào),這需要很高的傳動(dòng)比
56、,因此θ軸傳動(dòng)部件確定為有較大傳動(dòng)比的蝸輪蝸桿傳動(dòng)。</p><p> 綜上所述,總傳動(dòng)系統(tǒng)示意圖如下圖圖2所示。</p><p> 其中,X軸通過交流伺服電機(jī)帶動(dòng)滾珠絲杠轉(zhuǎn)動(dòng),滾珠絲杠通過連接塊將晶片承載臺(tái)沿著直線導(dǎo)軌即X軸方向運(yùn)動(dòng);θ軸傳動(dòng)系統(tǒng)由步進(jìn)電機(jī)通過一對(duì)蝸輪蝸桿副帶動(dòng)承片臺(tái)順、逆時(shí)針旋轉(zhuǎn),旋轉(zhuǎn)范圍為±100°。θ軸部件安裝在X軸系統(tǒng)上,與X軸一起運(yùn)動(dòng)。&
57、lt;/p><p> 圖2 劃片機(jī)原理及結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)</p><p> 劃片機(jī)結(jié)構(gòu)參數(shù)的初步設(shè)計(jì)及相關(guān)計(jì)算</p><p> 4.1 原動(dòng)機(jī)參數(shù)的初步的設(shè)計(jì)</p><p> 原動(dòng)機(jī)是驅(qū)動(dòng)機(jī)器完成預(yù)定功能的動(dòng)力源。由于本機(jī)需要有X、Y、Z、θ四個(gè)方向互不相干的運(yùn)動(dòng),所以需要有四個(gè)原動(dòng)機(jī),但根據(jù)本課題的要求,只需要對(duì)X 、θ兩個(gè)方向的動(dòng)力
58、頭進(jìn)行設(shè)計(jì)。在θ方向上,根據(jù)本機(jī)負(fù)載不大,主要要求精密分度的特點(diǎn),原動(dòng)機(jī)采用步進(jìn)電機(jī)。步進(jìn)電機(jī)總的位移量是嚴(yán)格等于輸入的指令脈沖數(shù),或其平均轉(zhuǎn)速嚴(yán)格正比于輸入指令脈沖的頻率[l7];同時(shí)在其工作頻段內(nèi),可以從一種運(yùn)動(dòng)狀態(tài)穩(wěn)定地轉(zhuǎn)換到另一種運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。在X方向上,采用伺服電機(jī)可以實(shí)現(xiàn)精確位移、精確定位,伺服電機(jī)選用Panasonic公司生產(chǎn)的交流伺服電機(jī),額定轉(zhuǎn)速3000r/min,在額定轉(zhuǎn)速下X導(dǎo)軌最大位移速度為500mm/s 。<
59、/p><p> 4.2 X軸參數(shù)的初步設(shè)計(jì)</p><p> 根據(jù)課題要求X軸有效行程大于180mm,初步設(shè)計(jì)X軸有效行程為250mm左右,劃片速度范圍為0到300mm/s;直線導(dǎo)軌選用上銀直線導(dǎo)軌,兩直線導(dǎo)軌的間距為140mm,滾珠絲杠導(dǎo)程初選為5mm ,作為精密傳動(dòng)絲杠,其受力較小,采用類比法,按以往的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn),確定絲杠公稱直徑為d=20mm。</p><p>
60、; 4.3 θ軸參數(shù)的初步設(shè)計(jì)</p><p> θ軸傳動(dòng)系統(tǒng)要求要有準(zhǔn)確的分度,可以實(shí)現(xiàn)小分辨率,能進(jìn)行微調(diào),這需要很高的傳動(dòng)比,因此θ軸傳動(dòng)部件確定為有較大傳動(dòng)比的蝸輪蝸桿傳動(dòng)。θ轉(zhuǎn)臺(tái):轉(zhuǎn)角±100°,轉(zhuǎn)角最小分辨率為5角秒,即5/3600度。</p><p> 4.4 支承和導(dǎo)軌的確定</p><p> 保持構(gòu)件之間作相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)的
61、零件稱為支承,又叫軸承;保持構(gòu)件之間作相對(duì)移動(dòng)的零件稱為導(dǎo)軌。支承和導(dǎo)軌類型繁多,按摩擦性質(zhì)可分為:滑動(dòng)摩擦支承和導(dǎo)軌、滾動(dòng)摩擦支承和導(dǎo)軌、彈性摩擦支承和導(dǎo)軌、流體摩擦支承和導(dǎo)軌以及磁懸浮支承和導(dǎo)軌等。砂輪劃片機(jī)對(duì)支承的基本要求主要是要有較高的旋轉(zhuǎn)精度、摩擦力矩較小、有足夠的剛度、耐磨性要好、成本要低等幾個(gè)方面。</p><p> 與滑動(dòng)支承軸承相比,滾動(dòng)支承軸承的摩擦系數(shù)小,軸向尺寸小,啟動(dòng)靈活,效率高,可采
62、用預(yù)緊方法消除軸承內(nèi)部間隙,增加軸承的剛性,提高回轉(zhuǎn)精度,潤滑方便,維護(hù)保養(yǎng)簡(jiǎn)單,批量生產(chǎn)、價(jià)格便宜、互換性好,支承對(duì)軸頸沒有損傷。</p><p> 在彈性摩擦支承中,由于彈性元件的彈性變形范圍限制了彈性支承只能在不大的轉(zhuǎn)角范圍內(nèi)偏轉(zhuǎn),不能連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn),因此使用范圍非常有限。在流體摩擦支承中,需要一套供壓設(shè)備和過濾系統(tǒng),結(jié)構(gòu)復(fù)雜,成本較高,也限制了其應(yīng)用。因此本機(jī)的支承全部選用滾動(dòng)軸承。</p>&
63、lt;p> 本機(jī)對(duì)導(dǎo)軌的基本要求主要是要較高的導(dǎo)向精度、運(yùn)動(dòng)要靈活、平穩(wěn)、低速無爬行現(xiàn)象、耐磨性要好、有足夠的剛度、對(duì)溫度變化不敏感、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本要低。與確定滾動(dòng)摩擦支承理由相同,導(dǎo)軌也選用滾動(dòng)摩擦導(dǎo)軌。滾動(dòng)摩擦導(dǎo)軌摩擦阻力小,運(yùn)動(dòng)靈活平穩(wěn),不易出現(xiàn)爬行現(xiàn)象,耐磨損,壽命長,對(duì)溫度變化不敏感。導(dǎo)軌形式選用圓柱面導(dǎo)軌,圓柱面導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,加工工藝性好,容易得到較高的加工精度。</p><p> 4.5
64、 砂輪主軸的確定</p><p> 由于砂輪刀片的切割線速度V必須大于80m/s,砂輪刀片的外徑為D=50.8mm,所以砂輪刀片的轉(zhuǎn)速應(yīng)為:</p><p> n=V/πD=80xl000x60/3.14x50.8≈30000r/min</p><p> 實(shí)際工作中,要求驅(qū)動(dòng)砂輪刀片旋轉(zhuǎn)的主軸轉(zhuǎn)速極限必須超過30000r/min。</p><
65、;p> 這樣高的轉(zhuǎn)速若采用普通機(jī)械支承,將會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的摩擦熱,導(dǎo)致精度、壽命受損等嚴(yán)重問題。因此,支承采用了流體摩擦支承中的氣體靜壓支承,主軸采用國內(nèi)最先進(jìn)的中頻空氣靜壓電主軸。氣體靜壓支承幾乎無摩擦、無磨損、不發(fā)熱,對(duì)使用環(huán)境和使用部位沒有任何污染。同時(shí),氣體軸承具有回轉(zhuǎn)精度高和耐低溫、高溫及輻射等優(yōu)良特性。因此,空氣靜壓電主軸轉(zhuǎn)速高(轉(zhuǎn)速最高可達(dá)40 0000——50 0000r/min),精度高,振動(dòng)小,無磨損,運(yùn)轉(zhuǎn)性能
66、可靠,可獲得平穩(wěn)高速的線速度,并可長期保持高精度狀態(tài)。</p><p> 劃片機(jī)X、θ軸機(jī)械結(jié)構(gòu)具體設(shè)計(jì)</p><p> 5.1 X軸機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)及計(jì)算</p><p> 5.1.1 X軸伺服電機(jī)的選型</p><p> 絲杠輸送的總質(zhì)量W約為15 kg,實(shí)際摩擦系數(shù)μ約為0.12,機(jī)械效率η約為0.9。絲杠螺距BP為5 mm
67、,減速比GL為1/1,X軸方向無外部作用力F.則對(duì)電機(jī)軸換算的負(fù)載轉(zhuǎn)矩TL為</p><p> 容量選擇時(shí)必須滿足以下條件:</p><p> 式中:為電機(jī)額定慣性矩;10為進(jìn)行高頻定位時(shí)的系數(shù);為電機(jī)額定轉(zhuǎn)矩;0.7為安全因子。</p><p><b> 計(jì)算得: </b></p><p> 以低慣量伺服電機(jī)為
68、例,查詢選型樣本得到MSMD042G1符合要求。相關(guān)參數(shù)為:JM =2.6x10-5 kg·m, TR =1.3 N·m.最大轉(zhuǎn)矩TAC =3.8 N·m.故伺服電機(jī)的選型結(jié)果為MSMD042G1型伺服電機(jī),其額定轉(zhuǎn)速為3000r/min ,最高轉(zhuǎn)速為5000r/min。</p><p> 5.1.2 X軸滾珠絲杠的選型</p><p> 1.參數(shù)與結(jié)構(gòu)
69、的選定</p><p> 滾珠絲杠的主要參數(shù)有:絲杠直徑d、螺距S、絲杠螺紋長度Ls和絲杠總長等。</p><p><b> 確定滾珠絲杠的導(dǎo)程</b></p><p> 所選伺服電機(jī)為MSMD042G1型,其額定轉(zhuǎn)速為3000r/min ,最高轉(zhuǎn)速為5000r/min,X向的最大運(yùn)動(dòng)速度為300mm/s,故絲杠導(dǎo)程為</p>
70、<p> 其中i為傳動(dòng)比,由于伺服電機(jī)與滾珠絲杠直接連接,故i=1。</p><p> 因此選擇滾珠絲杠的導(dǎo)程為Ph =5mm 。</p><p> ?。?)確定滾珠絲杠的額定載荷</p><p> 滾動(dòng)導(dǎo)軌承重時(shí)的滑動(dòng)摩擦系數(shù)為0.12,靜摩擦系數(shù)與動(dòng)摩擦系數(shù)差不多相等,靜摩擦系數(shù)也取0.12,則導(dǎo)軌靜摩擦力為:</p><
71、p> f為導(dǎo)軌滑塊的密封阻力,按4個(gè)滑塊計(jì)算,每個(gè)滑塊密封阻力為5N。</p><p> 由于劃片阻力很小,可以忽略,故滾珠絲杠的當(dāng)量載荷為</p><p> 滾珠絲杠螺母副的平均轉(zhuǎn)速為</p><p><b> ??;其中</b></p><p> 按滾珠絲杠副預(yù)期工作時(shí)間計(jì)算額定動(dòng)載荷為</p>
72、;<p> Lh 為預(yù)期工作時(shí)間;</p><p> fw為負(fù)荷系數(shù),平穩(wěn)無沖擊時(shí)取1;</p><p><b> fa 為精度系數(shù);</b></p><p> fc 為可靠性系數(shù),一般選取1;</p><p> 按滾珠絲杠副預(yù)期運(yùn)行距離計(jì)算額定的載荷</p><p>
73、滾珠絲杠副的兩個(gè)固定支承之間的距離</p><p> 其中l(wèi)為X軸有效行程,l=250mm;</p><p> 經(jīng)計(jì)算取L=390mm 。</p><p> 滾珠絲杠最小螺紋底徑</p><p> 公稱直徑d作為精密傳動(dòng)絲杠,其受力較小,采用類比法,按以往的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn),確定絲杠的公稱直徑為d=20mm 。</p><
74、p> 查得型號(hào)為SFU02005-4的滾珠絲杠滿足要求,其導(dǎo)程為5mm,公稱直徑為20mm,動(dòng)額定負(fù)荷為1130kgf。</p><p> 由于滾珠絲杠用于高精度的傳遞相對(duì)運(yùn)動(dòng),所以滾珠絲杠副的精度等級(jí)確定為1級(jí),其精度為6μm/300mm 。</p><p> 滾珠絲杠采用兩軸承座支承,兩軸承座之間的距離為390mm 。</p><p> 5.1.3
75、 X軸直線導(dǎo)軌的選型</p><p> 由上面的計(jì)算知滾珠絲杠的公稱直徑為20mm,故直線導(dǎo)軌選用上銀HGW 20CA型號(hào)的直線導(dǎo)軌。</p><p> 導(dǎo)軌主要用來保證各運(yùn)動(dòng)部件的相對(duì)位置和相對(duì)運(yùn)動(dòng)精度的,因此對(duì)導(dǎo)軌的精度要求主要是導(dǎo)向精度,本機(jī)對(duì)導(dǎo)軌的精度要求為:導(dǎo)軌的不直線度不大于0.004mm/100mm;兩導(dǎo)軌在垂直平面內(nèi)的不平行度不大于0.005mm/100mm;導(dǎo)軌采用
76、過贏裝配,形成預(yù)加負(fù)載。過贏量為0.006mm;導(dǎo)軌淬火后硬度為HRC60~64;導(dǎo)軌表面的粗糙度應(yīng)小于Ra=0.2μm 。</p><p> 5.2 θ軸機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)及計(jì)算</p><p> θ軸傳動(dòng)系統(tǒng)是由步進(jìn)電機(jī)通過蝸桿、蝸輪副帶動(dòng)承片臺(tái)順、逆時(shí)針旋轉(zhuǎn),旋轉(zhuǎn)范</p><p> 圍為-100°~ +100°。對(duì)θ軸傳動(dòng)系統(tǒng)的性能要
77、求是轉(zhuǎn)角定位精度、反向間隙和重復(fù)定位精度。蝸桿、蝸輪副是θ軸傳動(dòng)系統(tǒng)的關(guān)鍵部件,下面主要討論蝸桿蝸輪副的設(shè)計(jì)。</p><p> 5.2.1 蝸桿蝸輪副的主要參數(shù)選擇</p><p> 蝸桿蝸輪副的主要參數(shù)有模數(shù)m、蝸桿特性系數(shù)q、蝸桿頭數(shù)Zl和蝸輪齒數(shù)Z2等。進(jìn)行蝸輪蝸桿傳動(dòng)設(shè)計(jì)時(shí),一般先根據(jù)傳動(dòng)的用途和對(duì)傳動(dòng)比的要求,選定蝸桿頭數(shù)Z1,和蝸輪齒數(shù)Z2,其次根據(jù)傳動(dòng)力矩的大小和使用
78、條件確定模數(shù)m,同時(shí)選定蝸桿特性系數(shù)q,以上四個(gè)參數(shù)確定后,蝸輪蝸桿其它幾何尺寸可根據(jù)相應(yīng)的計(jì)算公式求出。</p><p> 1. 蝸桿頭數(shù)Z1和蝸輪齒數(shù)Z2</p><p> 本機(jī)要求的轉(zhuǎn)角分辨率為8″,所采用的步進(jìn)電機(jī)步進(jìn)角為1.5°,所以傳動(dòng)比應(yīng)為:i≥1.5°×60×60/8″=675,實(shí)際設(shè)計(jì)中取i=680。由于傳動(dòng)比大,所以蝸桿頭數(shù)確
79、定為1,即:</p><p><b> 蝸桿頭數(shù)Z1=1</b></p><p> 蝸輪齒數(shù)Z2 = iZ1 = 680</p><p> 2. 模數(shù)m和蝸桿特性系數(shù)q</p><p> 蝸桿和蝸輪嚙合時(shí),在中間平面上,蝸桿的軸向模數(shù)與蝸輪的端面模數(shù)相等,即</p><p> mal=m
80、t2 ,蝸輪的端面模數(shù)規(guī)定為標(biāo)準(zhǔn)模數(shù),采用類比法,查標(biāo)準(zhǔn)手冊(cè)確定模數(shù)為</p><p> 0.2,即:m=0.2,為了減少滾刀的數(shù)目,有利于滾刀的標(biāo)準(zhǔn)化,還規(guī)定了對(duì)應(yīng)于一定模數(shù)的蝸桿分度圓直徑,即對(duì)dl / m(dl——蝸桿分度圓直徑)的比值加以限制,該比值稱為蝸桿特性系數(shù)q,q=dl / m。當(dāng)模數(shù)m=0.2時(shí),查標(biāo)準(zhǔn)手冊(cè)選取蝸桿特性系數(shù)為24,即:q=62.5 。</p><p>
81、 蝸桿蝸輪副主要幾何尺寸計(jì)算</p><p> 蝸桿蝸輪副主要幾何尺寸計(jì)算列于表表4 。</p><p> 表4 蝸桿蝸輪副主要幾何尺寸</p><p><b> 蝸桿蝸輪副設(shè)計(jì)</b></p><p> 首先確定蝸桿螺紋部分的長度:</p><p><b> 查手冊(cè)知:&l
82、t;/b></p><p> 普通圓柱蝸桿:Z 1=1,2時(shí),b≥(12+0.1Z2)m ;</p><p> Z 1=3,4時(shí),b≥(13+0.1Z2)m ;</p><p> ZC1蝸桿:b≈2.5m</p><p> ZC3蝸桿:當(dāng)x2<1,Z1=1,2時(shí),b≥(12.5+0.1Z2)m;</p><p
83、> 當(dāng)x2≥1,Z1=1,2時(shí),b≥(13+0.1Z2)m;</p><p> 當(dāng)x2<1,Z1=3,4時(shí),b≥(13.5+0.1Z2)m;</p><p> 當(dāng)x2≥1,Z1=3,4時(shí),b≥(14+0.1Z2)m;</p><p> 綜上所述,選擇蝸桿的螺紋部分的長度為b≥(12+0.1 x 680) x 0.2=16mm,取蝸桿長度為b=20mm
84、。</p><p> 蝸桿蝸輪副工作圖如圖圖3所示。</p><p> 圖3 蝸桿蝸輪副工作圖</p><p> 步進(jìn)電機(jī)通過彈性聯(lián)軸節(jié)直接帶動(dòng)蝸桿旋轉(zhuǎn),蝸桿每轉(zhuǎn)一周,蝸輪轉(zhuǎn)過一個(gè)齒。蝸桿利用兩個(gè)面對(duì)面安裝的角軸承作軸向定位,利用調(diào)整墊來消除軸承之間的間隙,并預(yù)</p><p> 緊軸承,以此提高軸承的旋轉(zhuǎn)精度和增加軸承裝置的剛性。蝸
85、輪利用向心球軸承進(jìn)行中</p><p> 心定位,以提高旋轉(zhuǎn)的靈活性。</p><p> 4.1 蝸輪蝸桿副中彈性聯(lián)軸器的選擇</p><p> 由于所選電機(jī)的輸出軸為D型軸,且輸出功率較小,可以選用D型孔聯(lián)軸器,D型孔聯(lián)軸器型號(hào)為KH7-20 。</p><p> 4.2 蝸輪蝸桿副中軸承的選擇</p><p
86、> 根據(jù)軸的結(jié)構(gòu),詳見圖紙,選擇軸承的型號(hào)為角接觸球軸承7200B GB/T292-94 。</p><p> 5.2.2 蝸桿蝸輪副傳動(dòng)誤差的計(jì)算及精度分析</p><p> 傳動(dòng)誤差是由四個(gè)大小不同的偏心對(duì)轉(zhuǎn)角誤差的影響引起的,而且這四個(gè)偏心的相對(duì)位置(相位)是隨機(jī)的。但當(dāng)蝸輪一旦制造和安裝完畢之后,各相位就固定不變了,而且是以同一轉(zhuǎn)速同步旋轉(zhuǎn),因此運(yùn)用概率統(tǒng)計(jì)理論來計(jì)
87、算傳動(dòng)鏈的誤差時(shí),應(yīng)根據(jù)平面上四個(gè)隨機(jī)矢量的合成原理來進(jìn)行計(jì)算。</p><p> 實(shí)踐證明,在影響傳動(dòng)誤差的四個(gè)方面的因素中,蝸桿蝸輪副本身的制造誤差影響最大,其它三個(gè)因素在精心設(shè)計(jì)、精心加工和裝配的條件下影響較小,有時(shí)可忽略不計(jì)。因此輸出的傳動(dòng)誤差△θt可按下式計(jì)算:</p><p> 式中Ftc ——傳動(dòng)切向綜合誤差,F(xiàn)tc =50μm</p><p>&
88、lt;b> 秒</b></p><p> 轉(zhuǎn)角100°時(shí)的誤差為:</p><p><b> 秒</b></p><p> 整個(gè)系統(tǒng)轉(zhuǎn)100°時(shí)的轉(zhuǎn)角誤差為:</p><p><b> 0.99秒</b></p><p> 由
89、于轉(zhuǎn)角誤差Δθs<8′,故從計(jì)算結(jié)果來看,設(shè)計(jì)的蝸輪蝸桿副的旋轉(zhuǎn)角度能夠滿足設(shè)備的使用要求。</p><p> 5.2.3 步進(jìn)電機(jī)的選型</p><p> 1. 步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)矩的選擇</p><p> 大致說來,扭力在0.8N.m以下,選擇20、28、35、39、42(電機(jī)的機(jī)身直徑或方度,單位:mm);扭力在1N.m左右的,選擇57電機(jī)較為合適。扭力在幾個(gè)
90、N.m或更大的情況下,就要選擇86、110、130等規(guī)格的步進(jìn)電機(jī)。故θ軸步進(jìn)電機(jī)選擇42mm步進(jìn)電機(jī)。</p><p> 2. 步進(jìn)電機(jī)相數(shù)的選擇</p><p> 兩相步進(jìn)電機(jī)成本低,步距角最少1.8 度,低速時(shí)的震動(dòng)較大,高速時(shí)力矩下降快,適用于高速且對(duì)精度和平穩(wěn)性要求不高的場(chǎng)合;三相步進(jìn)電機(jī)步距角最少1.2度,振動(dòng)比兩相步進(jìn)電機(jī)小,低速性能好于兩相步進(jìn)電機(jī),最高速度比
91、兩相步進(jìn)電機(jī)高百分之30至50,適用于高速且對(duì)精度和平穩(wěn)性要求較高的場(chǎng)合;5相步進(jìn)電機(jī)步距角更小,低速性能好于3相步進(jìn)電機(jī),但成本偏高,適用于中低速段且對(duì)精度和平穩(wěn)性要求較高的場(chǎng)合。由于θ軸的轉(zhuǎn)動(dòng)精度為8″,對(duì)精度要求較高,故選用5相步進(jìn)電機(jī)。</p><p> 綜合以上的敘述,選擇步進(jìn)電機(jī)的型號(hào)為SS1701E08A ,電機(jī)靜力矩為130mNm 。</p><p> 5.2.3 θ
92、軸方向的晶片工作臺(tái)幅面尺寸</p><p> 根據(jù)設(shè)計(jì)要求,θ軸方向的晶片工作臺(tái)幅面尺寸為200 X 200mm 。</p><p> 5.2.4 X軸方向移動(dòng)滑臺(tái)幅面尺寸</p><p> 根據(jù)設(shè)計(jì)要求,X軸方向移動(dòng)滑臺(tái)幅面尺寸為300 X 300mm 。</p><p><b> 夾緊裝置的設(shè)計(jì)</b>&l
93、t;/p><p> 由于被切割的硅片是平面度極高的薄脆片,普通的機(jī)械裝夾方式極易造成硅片的損傷,所以夾緊采用負(fù)壓方式將硅片吸附于工作臺(tái)上。負(fù)壓夾緊就是通過將硅片與承片臺(tái)接觸面間的空氣抽出,形成真空,在大氣的作用下將工件夾緊在承片臺(tái)上。這樣裝夾即方便、效率高,又清潔,不損傷硅片。</p><p> 本機(jī)利用真空發(fā)生器獲得真空,從而產(chǎn)生負(fù)壓來實(shí)現(xiàn)工件夾緊這個(gè)功能。真空發(fā)生</p>
94、<p> 器是利用高速氣流噴射時(shí)的引射現(xiàn)象產(chǎn)生真空的。負(fù)壓的通斷通過電磁閥來控制。真空發(fā)生原理示意圖如圖4所示。</p><p> 圖4 真空發(fā)生原理示意圖</p><p><b> 氣路系統(tǒng)設(shè)計(jì)</b></p><p> 為給靜壓空氣電主軸提供壓力恒定、潔凈的壓縮空氣,氣路系統(tǒng)應(yīng)具有空氣壓縮</p><
95、;p> 機(jī)、壓力調(diào)解閥和空氣過濾裝置??諝膺^濾裝置采用除油、除水、除塵四級(jí)過濾器,過</p><p> 濾精度可達(dá)到0.03μm 。</p><p> 為保護(hù)電主軸不抱軸,應(yīng)具有氣電聯(lián)鎖裝置,當(dāng)未給主軸供氣或氣壓不符合要求</p><p> 時(shí),電主軸應(yīng)不能啟動(dòng),在運(yùn)轉(zhuǎn)中的電主軸應(yīng)從工作狀態(tài)退出,并立即停止運(yùn)轉(zhuǎn)。氣路</p><p&
96、gt; 系統(tǒng)示意圖如圖5所示。</p><p> 圖5 氣路系統(tǒng)示意圖</p><p> 5.3.2 水路系統(tǒng)設(shè)計(jì)</p><p> 為了冷卻靜壓電主軸和砂輪刀片、沖洗砂輪刀片和工件上的硅粉,應(yīng)具有上、下水裝置。采用電磁閥來控制上水的通斷,以保證切割時(shí)冷卻水的供給,不工作時(shí)水路關(guān)閉。 為保證工作時(shí)有充足的水流,應(yīng)具有水電聯(lián)鎖裝置,當(dāng)未供水或水壓
97、不符合要求時(shí),系統(tǒng)應(yīng)不能進(jìn)行切割操作,在運(yùn)轉(zhuǎn)中的系統(tǒng)應(yīng)從工作狀態(tài)退出。水路系統(tǒng)示意圖如</p><p><b> 圖6所示。</b></p><p> 圖6 水路系統(tǒng)示意圖</p><p><b> 總結(jié)</b></p><p> 本文系統(tǒng)地論述了精密砂輪劃片機(jī)的機(jī)械設(shè)計(jì)理論技術(shù),當(dāng)前,微
98、電子產(chǎn)業(yè)無疑是信息產(chǎn)業(yè)的核心和基礎(chǔ)。信息產(chǎn)業(yè)的飛速發(fā)展使微電子產(chǎn)業(yè)在國民經(jīng)濟(jì)、國防等方面發(fā)揮越來越重要的作用。其發(fā)展快慢,技術(shù)水平高低,直接影響到國民經(jīng)濟(jì)信息化的進(jìn)程,已成為衡量一個(gè)國家工業(yè)發(fā)展及綜合國力的重要標(biāo)志。IC封裝設(shè)備劃片機(jī)的研制成功,對(duì)于微電子封裝系列的國產(chǎn)化,甚至對(duì)于整個(gè)微電子行業(yè)設(shè)備的國產(chǎn)化,都具有重要的意義。</p><p><b> 參 考 文 獻(xiàn)</b></p&
99、gt;<p> [1] 姚道俊.砂輪劃片工藝的實(shí)踐與提高[J].集成電路通訊,2005,(6):35一37.</p><p> [2] 袁惠珠.精密砂輪劃片機(jī)的設(shè)計(jì)及精度分析7D].沈陽:沈陽工業(yè)大學(xué),2004.</p><p> [3] 馮曉國,張景和,張乘嘉,等.IC封裝設(shè)備劃片機(jī)的研制[J].儀器儀表學(xué)報(bào),2003,(4):50一52.</p>&l
100、t;p> [4] 謝中生.DISCO會(huì)社與其具有世界領(lǐng)先水平的劃片機(jī)[J].電子工業(yè)專用設(shè)備,1996,(4):40一41.</p><p> [5] 袁慧珠.劃片機(jī)定位精度的設(shè)計(jì)[J].儀表技術(shù)與傳感器,2003,(7):51一52.</p><p> [6] 候飛.劃片機(jī)工作臺(tái)精確定位控制技術(shù)研究[D].西安,西安工業(yè)大學(xué),2012.</p><p>
101、; [7] 楊云龍,劉金榮.全自動(dòng)劃片機(jī)自動(dòng)識(shí)別對(duì)準(zhǔn)技術(shù)的研究[J].電子工業(yè)專用設(shè)備,2001,(110):46一4.</p><p> [8] 俞忠飪.我國集成電路產(chǎn)業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀和展望[J].微細(xì)加工技術(shù),1998,(1):1一6.</p><p> [9] 宮崎.Ic制造上諸多問題[J].機(jī)械研究,1969,21(2):69一73.</p><p>
102、[10] 王春明,胡倫驥等.激光切割前沿輻射與切割質(zhì)量關(guān)系的初探「J〕.中國機(jī)械程,2001,(7):312.</p><p> [11] 呂宇強(qiáng),胡明,吳淼,張之圣,劉志剛. 熱紅外探測(cè)器的最新進(jìn)展[J]. 壓電與聲光, 2006, 28(4):407-410.</p><p> [12] 王明權(quán).HP一602型精密自動(dòng)劃片機(jī)誤差分析與精度分配[J].電子工業(yè)專業(yè)設(shè)備,1999(2)
103、:18一23.</p><p> [13] 李超波, 焦斌斌, 石莎莉, 葉甜春, 陳大鵬, 張青川, 郭哲穎, 董鳳良, 伍小平. 基于 MEMS 技術(shù)的紅外成像焦平面陣列[J]. 半導(dǎo)體學(xué)報(bào), 2006, 27(1):150-155.</p><p> [14] 楊云龍.HP-801 精密自動(dòng)劃片機(jī)控制程序設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)[J].電子工業(yè)專用設(shè)備,2004,33(6):60-62.<
104、;/p><p> [15] 周延祐,李中行.電主軸技術(shù)講座 第二講 電主軸的基本參數(shù)與結(jié)構(gòu) (一)[J]. 制造技術(shù)與機(jī)床,2003(7):64~67.</p><p> [16] 曾天翔.電子設(shè)備測(cè)試性及診斷技術(shù).北京:航空工業(yè)出版社,1996.</p><p> [17] 王大翊.自動(dòng)測(cè)試設(shè)備接口裝置研究和夾具設(shè)計(jì)技術(shù).電子測(cè)量及儀器學(xué)術(shù)研討會(huì)論文集.蘭州,2
溫馨提示
- 1. 本站所有資源如無特殊說明,都需要本地電腦安裝OFFICE2007和PDF閱讀器。圖紙軟件為CAD,CAXA,PROE,UG,SolidWorks等.壓縮文件請(qǐng)下載最新的WinRAR軟件解壓。
- 2. 本站的文檔不包含任何第三方提供的附件圖紙等,如果需要附件,請(qǐng)聯(lián)系上傳者。文件的所有權(quán)益歸上傳用戶所有。
- 3. 本站RAR壓縮包中若帶圖紙,網(wǎng)頁內(nèi)容里面會(huì)有圖紙預(yù)覽,若沒有圖紙預(yù)覽就沒有圖紙。
- 4. 未經(jīng)權(quán)益所有人同意不得將文件中的內(nèi)容挪作商業(yè)或盈利用途。
- 5. 眾賞文庫僅提供信息存儲(chǔ)空間,僅對(duì)用戶上傳內(nèi)容的表現(xiàn)方式做保護(hù)處理,對(duì)用戶上傳分享的文檔內(nèi)容本身不做任何修改或編輯,并不能對(duì)任何下載內(nèi)容負(fù)責(zé)。
- 6. 下載文件中如有侵權(quán)或不適當(dāng)內(nèi)容,請(qǐng)與我們聯(lián)系,我們立即糾正。
- 7. 本站不保證下載資源的準(zhǔn)確性、安全性和完整性, 同時(shí)也不承擔(dān)用戶因使用這些下載資源對(duì)自己和他人造成任何形式的傷害或損失。
最新文檔
- 劃片機(jī)的總體規(guī)劃及x、θ軸設(shè)計(jì)
- 劃片機(jī)的總體規(guī)劃及x、θ軸設(shè)計(jì)
- 劃片機(jī)的總體規(guī)劃及x、θ軸設(shè)計(jì)
- 劃片機(jī)的總體規(guī)劃及x、θ軸設(shè)計(jì)開題報(bào)告
- 機(jī)械畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)-φ3空心鉚釘機(jī)總體及沖壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)【全套圖紙】
- 機(jī)械畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)-拋丸機(jī)的設(shè)計(jì)【全套圖紙】
- 機(jī)械畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)-φ3空心鉚釘機(jī)總體及送料系統(tǒng)設(shè)計(jì)【全套圖紙】
- 機(jī)械畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)-出鋼機(jī)的設(shè)計(jì)【全套圖紙】
- 面向芯片封裝的劃片機(jī)機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)【畢業(yè)論文+cad圖紙全套】
- 機(jī)械畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)-包縫機(jī)機(jī)座孔鉆孔組合機(jī)床總體及夾具設(shè)計(jì)【全套圖紙】
- 機(jī)械畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)-微型雕刻機(jī)總體及數(shù)控系統(tǒng)選用設(shè)計(jì)【全套圖紙】
- 機(jī)械畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)-風(fēng)籠式選粉機(jī)總體及其傳動(dòng)設(shè)計(jì)【全套圖紙】
- 機(jī)械畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)-存折翻頁機(jī)的傳動(dòng)設(shè)計(jì)【全套圖紙】
- 機(jī)械畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)-箱體雙面粗鏜床總體設(shè)計(jì)及夾具設(shè)計(jì)【全套圖紙】
- 機(jī)械畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)-無軸攪拌機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)【全套圖紙】
- 機(jī)械畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)-餃子機(jī)及輸送成型部件設(shè)計(jì)【全套圖紙】
- 機(jī)械畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)-食堂餐具清洗機(jī)的設(shè)計(jì)【全套圖紙】
- 機(jī)械畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)-超細(xì)破碎機(jī)的設(shè)計(jì)【全套圖紙】
- 機(jī)械畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)-餃子機(jī)及傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)【全套圖紙】
- 機(jī)械畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)-半閉環(huán)數(shù)控車床總體設(shè)計(jì)【全套圖紙】
評(píng)論
0/150
提交評(píng)論