機(jī)械畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）-劃片機(jī)的總體規(guī)劃及x、θ軸設(shè)計(jì)【全套圖紙】

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(guò)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(guó)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?jī)?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(guó)的半導(dǎo)體封裝設(shè)備所用的劃片機(jī)，還主要從美國(guó)、日本、新加坡引進(jìn)。為了促進(jìn)劃片機(jī)的國(guó)產(chǎn)化,本課題組開(kāi)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(guó)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(guó)、日本、新加坡引進(jìn)。為了促進(jìn)IC封裝設(shè)備的國(guó)產(chǎn)化，本課題組開(kāi)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(guò)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(guò)程可以分為三種:金剛石劃片、激光劃片和砂輪劃片。</p><p><b>　　（1）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(lái)說(shuō)，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?chē)形⒘鸭y等。如果劃片時(shí)出現(xiàn)切屑，掰片時(shí)就可能裂開(kāi)，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(kāi)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(lái)說(shuō)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)

17、單，在切割中和切割后芯片碎裂率少，無(wú)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(guò)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(guò)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(guò)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(guó)內(nèi)外劃片機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀<

20、;/p><p>　　在國(guó)外，劃片機(jī)自七十年代初問(wèn)世以來(lái)，發(fā)展非常迅速，應(yīng)用領(lǐng)域也越來(lái)越廣，品種也在不斷增加。剛開(kāi)始時(shí)，只有日本、英國(guó)、美國(guó)三個(gè)國(guó)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(guó)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(guó)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(guó)流星Loadpoint公司最初生產(chǎn)的劃片機(jī)只是用來(lái)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(lái)越廣泛。日本DISCO公司生產(chǎn)的劃片機(jī)占世界劃片機(jī)銷(xiāo)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(guó)真正研制劃片機(jī)的時(shí)間較晚,基本上是從七十年代開(kāi)始的。1982年我國(guó)研制出第一臺(tái)國(guó)產(chǎn)化的砂輪劃片機(jī),結(jié)束了當(dāng)時(shí)我國(guó)劃片機(jī)完全依賴進(jìn)口的局面。國(guó)產(chǎn)劃片機(jī)設(shè)備制造商主要有:中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第45研究所、沈陽(yáng)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(guó)的劃片機(jī)主要以中國(guó)電子科技集團(tuán)第45研究所為代表,該研究所從1994年開(kāi)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(yáng)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(guó)際上203.2mm有很大的差距,切割速度為150mm/S,與當(dāng)時(shí)的國(guó)外先進(jìn)的劃片速度300mlm/s還相差很大。目前,國(guó)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(guó)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(lái)越高，劃片槽越來(lái)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(mén)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(lái)說(shuō)，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(guó)際上已有15個(gè)國(guó)家（地區(qū)）建有160多條8英寸生產(chǎn)線，7個(gè)國(guó)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(lái)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(guó)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(kāi)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(zhǎng)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(guò)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?jī)?nèi)容</p&g

32、t;<p>　　(1) 通過(guò)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(guò)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(guò)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(lèi)</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(kāi)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(guò)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(zhǎng)引線直插－>短引線或無(wú)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(xiě)，即小外形封裝。SOP封裝技術(shù)

39、由1968～1969年菲利浦公司開(kāi)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(xiě)，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(xiě)，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(xiě)，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(xiě)，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(xiě)，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?chē)?/p>

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(xiě)，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(kāi)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(guò)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(kāi)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(kāi)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(guò)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(guò)聚焦后，在焦點(diǎn)處產(chǎn)生數(shù)千度甚至上萬(wàn)度的高溫，使其能加工所有的材料。激光劃片機(jī)通過(guò)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(guò)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(kāi)。“激光劃片”為非接觸加工，劃片效應(yīng)是通過(guò)表層的物質(zhì)蒸發(fā)出深層物質(zhì)，或是通過(guò)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(yáng)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(zhuān)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(zhǎng)為200~的正</p><p>　　方形片，切割后小粒子的尺寸最小是邊長(zhǎng)為0.2~的正方形。切割后小粒子的形狀有</p><p>　　正方形、長(zhǎng)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(guò)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(kāi)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(guò)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(lái)說(shuō)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(wú)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(guò)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(guò)交流伺服電機(jī)帶動(dòng)滾珠絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)，滾珠絲杠通過(guò)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(guò)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(lèi)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(lèi)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(rùn)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(méi)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(guò)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(wú)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(zhǎng),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(guò)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(wèn)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(guó)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(wú)摩擦、無(wú)磨損、不發(fā)熱,對(duì)使用環(huán)境和使用部位沒(méi)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(wú)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(zhǎng)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(wú)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(zhǎng)度Ls和絲杠總長(zhǎng)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(wú)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(lèi)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(lái)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(guò)贏裝配，形成預(yù)加負(fù)載。過(guò)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(guò)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(lèi)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(zhǎng)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(zhǎng)度為b≥(12+0.1 x 680) x 0.2=16mm,取蝸桿長(zhǎng)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(guò)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(guò)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(lái)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(jiàn)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(lái)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(lái)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(lái)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(shuō)來(lái)，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?shī)A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(guò)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(lái)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(guò)電磁閥來(lái)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(guò)濾裝置?？諝膺^(guò)濾裝置采用除油、除水、除塵四級(jí)過(guò)濾器,過(guò)</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(lái)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(wú)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(guó)民經(jīng)濟(jì)、國(guó)防等方面發(fā)揮越來(lái)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(guó)民經(jīng)濟(jì)信息化的進(jìn)程,已成為衡量一個(gè)國(guó)家工業(yè)發(fā)展及綜合國(guó)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(guó)產(chǎn)化,甚至對(duì)于整個(gè)微電子行業(yè)設(shè)備的國(guó)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(yáng):沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué),2004.</p><p>　　[3] 馮曉國(guó),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

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