划片机的总体规划及X、θ轴设计开题报告

毕业设计(论文)开题报告题目：划片机的总体规划及X、轴设计开题报告填写要求1.开题报告作为毕业设计（论文）答辩委员会对学生答辩资格审查的依据材料之一。此报告应在指导教师指导下，由学生在毕业设计（论文）工作前期内完成。2.开题报告内容必须按教务处统一设计的电子文档标准格式（可从教务处网页上下载）填写并打印（禁止打印在其它纸上后剪贴），完成后应及时交给指导教师审阅。3.开题报告字数应在1500字以上，参考文献应不少于15篇（不包括辞典、手册，其中外文文献至少3篇），文中引用参考文献处应标出文献序号，“参考文献”应按附件中参考文献“注释格式”的要求书写。4.年、月、日的日期一律用阿拉伯数字书写，例：“2008年11月26日”。5.开题报告增加封面，封面格式：题目：宋体，加粗，二号；系别等内容格式：宋体，四号，居中。1毕业设计（论文）综述（题目背景、研究意义及国内外相关研究情况）1.1 题目背景及研究意义IC封装是半导体三大产业之一(器件设计、晶片制作和器件封装)。其后封装工序主要包括:划片、粘片、超声球焊、封装、检测、包装。划片机是IC后封装线上的第一道关键设备，其作用是把制作好的晶片切割成单元器件，为下一步单元晶片粘接做好准备。划片机切割晶片的规格一般为3-6晶片，单元晶片的外型一般为矩形或多边形。目前，我国的半导体封装设备(如划片机、粘片机、金丝球焊机等)还主要从美国、日本、新加坡引进。为了促进IC封装设备的国产化，本课题组开展了IC封装设备划片机的研制工作。因此把“划片机的总体规划及X、轴设计”作为本科论文的课题，既有较大的学术价值，又有广阔的应用前景。1.2 国内外相关研究情况1.2.1划片技术的发展划片技术是集成电路后封装的一道工序，划片机的划片方法根据其发展过程可以分为三种:金刚石划片、激光划片和砂轮划片。（1）金刚石划片这是最早出现的划片方法，是目前用得最少的方法，与划玻璃的原理相同。使用锋利的金刚石尖端，以50克左右的固定载荷划出小片的分割线，再加上弯曲力矩使之分成小片。一般来说，金刚石划片时线条宽度为6一8m 、深度为5m ，硅表面发生塑性变形，线条周围有微裂纹等。如果划片时出现切屑，掰片时就可能裂开，小片的边缘又不整齐，分片就不能顺利进行。金刚石尖有圆锥形(l点式)、四方锥形(4点式)等。圆锥形的金刚石尖是采用其十二面体晶格上的(111)轴，并将尖端加工成半径2一5 m的球面。划片的成品率在很大程度上取决于金刚石尖端的加工精度及其锋利性的保持情况。（2）激光划片第二代划片的方法是激光划片。激光划片就是将激光呈脉冲状照射在硅片表面上，被光照的那一部分硅就会因吸收激光而被加热到高温，并在一瞬间即气化或熔化了，使硅片留下沟槽，然后再沿沟槽进行分开的方法。激光划片时，硅粉会粘在硅片表面上，所以还必须对硅片上的灰尘进行必要的处理。该方法划硅片比金刚石划片的成品率高，所以曾经在一个时期内替代了金刚石划片。 (3) 砂轮划片第三代划片机是砂轮划片机。砂轮划片机是利用高速运转的空气静压主轴带动刀片，通过光栅尺和导轨系统的控制，将刀刃定位在加工材料上，最终形成具有一定深度和宽度的切口。砂轮划片工艺质量与主轴转速、切割速度、刀片厚度等都有一定的关系。相对合理的主轴转速能有效地控制刀片在随主轴转动时的相对震动、有利于刀片在切割时的径向稳定性，从而提高切割质量。刀片的切割速度决定工作效率，如果切割速度不断变大，在切割的过程中沿沟槽的刀具的速度也会变得不好控制。切割速度会受制于待加工材料的硬度，如硅晶圆表面材料的硬度直接决定切割速度。如果切割超硬材料时切割深度过大都不利于刀片的正常使用，并最终影响到刀片的寿命。三种划片技术的比较如表1所示。由表1可以看出，砂轮划片的加工速度、加工深度、加工宽度、加工效果等相对其他两种加工技术具有突出的优点，因此砂轮划片是目前的主流加工技术。表1 加工工艺比较金刚石划片激光划片砂轮划片加工宽度310m2025m刀片厚度+10m加工深度310m100m5000m加工条件载荷10100g单模平均输出6W主轴转速1800030000rpm加工速度46mm/s150mm/s300mm/s节 距09.99mm0.0199.99mm099.99mm划片效果裂纹大有热损伤有微小裂纹成品率6070708098以上噪 音小大较小1.2.2划片机的国内外发展现状在国外，划片机自七十年代初问世以来，发展非常迅速，应用领域也越来越广，品种也在不断增加。刚开始时，只有日本、英国、美国三个国家的四、五个公司制造划片机，而如今俄罗斯、台湾、中国大陆也都制造出了划片机，划片机制造厂家己经发展到十多个公司。目前,国外生产划片机的厂商主要有:日本DISCO、东京精密TSK,以色列ADT,以及英国流星Loadpoint公司最初生产的划片机只是用来切割晶体管半导体硅片,只能切割最大为3英寸的硅片。而如今,它不仅可以切割硅片,还可以切割其它的薄、脆、硬材料,应用领域越来越广泛。日本DISCO公司生产的划片机占世界划片机销量的80%,代表着当今划片机的较高水平。该公司在2002年12月推出了DFD636O型划片机，该机最大划片尺寸达3O0mm(12英寸),划片槽宽度达到20m切割速度高达600mm/s,定位精度最高达0.003mm。JPsereezAssoeiateS公司生产紫外(UV)激光划片机,可用于切割300mm直径的单晶硅圆片,采用355un或266nm的短脉冲UV激光光源,采用了高性能、超精确的气动操作台,获得了较高的速度和加速度,断面边缘光滑平直，而且划片槽仅有2.5m宽。我国真正开始研制砂轮划片机的起步时间较晚，基本上是从七十年代末开始的，到1982年研制出了第一台国产化的砂轮划片机，1983年初进厂进线，开始投入使用，结束了我国砂轮划片机完全依赖进口的局面，为国家节省了许多外汇。国产砂轮划片机的一大优点是性价比高，性能上完全能满足国内半导体生产厂家的需要，因元器件全部国产化，所以价格低，价格仅为国外同类产品的20%左右，而且维修和更换元件方便，时间快，解除了用户的购后之忧，所以国产砂轮划片机一上市，就大受欢迎。经过二十年的不断努力，现在国产砂轮划片机已发展到第三代产品。最大划片尺寸为6英寸，切割速度最高为120mm/s，定位精度为士0.005mm/100mm。由于我国基础工业落后，制造工艺水平差，配套的部件跟不上国外水平，某些技术指标上不去，所以目前国产砂轮划片机落后于国外先进水平。2本课题研究的主要内容和拟采用的研究方案、研究方法或措施2.1 本课题研究的主要内容(1)通过调研和参阅相关资料，了解IC封装及划片机的工作原理； (2)完成原理方案设计和结构方案设计，确定实施方案； (3)对划片机进行结构参数的初步设计，并完成相关的计算； (4)完成划片机的机械结构X、轴进行具体设计；（X轴效行程大于180mm,划片速度0-300mm/s; 转台:转角100,转角最小分辨率小于8角秒。）； (5)完成装配图和零件图。2.2 拟采用的研究方案、研究方法或措施2.2.1研究方案(1)制定总体方案:在总体方案制定时，首先进行工作原理设计，然后选取运动方式，选择基准器件，确定主要结构方案，绘制系统结构简图。(2)总体误差的分配与精度分析(3)机械结构：设计出X轴同步带传动系统和轴精密蜗轮蜗杆传动系统。(4)对划片机进行结构参数的初步设计，并完成相关的计算；完成划片机的机械结构X、轴进行具体设计； (5)辅助装置的设计:包括光学系统、真空系统、压缩空气及过滤系统,电器系统设计和供水系统的设计。(6)完成装配图和零件图。 (7)整机精度检验:通过给出专用机构对样机进行精度检验，在样机上试切工件，并对试切结果进行统计分析，来验证所研制出的样机各项技术经济指标是否都达到了要求。闰土机械外文翻译成品某宝dian2.2.2总体结构的确定主机运动就是砂轮刀片与承载工件的承片台两者之间的相对运动。砂轮划片机总体结构方案可有许多种，下面列出四种典型方案进行比较，如表2.1所示:表2.1 总体结构方案比较表序号承片台运动机构复杂程度砂轮刀片的运动防水性能总体布局1X+Y+Z+复杂自转好不好2X+Y+较复杂自转+ Z好不好3X+Y较简单自转+ Z+不好不好4X+较简单自转+ Y + Z好好 第一种方案中，承片台除了作X一Y十字运动外，还要作Z向上下、向旋转运动，四重结构，结构复杂，机器的自重大，运动惯性大，影响定位精度，所以不宜采用。第二种方案中，承片台除了作X一Y十字运动外，还要作向旋转运动，结构比第一种稍简单，但同样存在运动惯性大，影响定位精度的缺点，所以也不宜采用。第三种方案中，承片台只作X一Y十字运动，结构相对简单。但砂轮刀片除自转外，还要作Z向上下、向旋转运动，结构相对复杂，而且冷却液的出口与砂轮刀片的相对位置是固定的，随着砂轮刀片的旋转，冷却液出口也在旋转，这就增加了防水的难度。防止水的泄露，对划片机来说是非常重要的环节，因为水的泄露会导致精密零部件的腐蚀，最后导致整台设备很快丧失精度，无法使用。因此，这种方案不宜采用。第四种方案中，承片台只作X向进给运动和旋转运动，结构较简单。砂轮刀片虽然除了要作自转外，还要做Y向进给以及上下运动，但结构也较简单，而且砂轮刀片的运动范围比较小，防止水的泄露要容易的多，所以最终决定采用这种结构方案。2.2.3关键部件的选配关键部件选配1234动力源(A)步进电动机伺服电动机直流电动机交流电动机X轴传动部件(B)涡轮蜗杆传动链传动带传动齿轮传动轴传动部件(C)(1)传动部件优缺点：1）涡轮蜗杆传动：适用于空间垂直而不相交的两轴间的运动和动力。特点：优点传动比大。；结构尺寸紧凑。2）链传动包括主动链、从动链；环形链条。链传动与齿轮传动相比，其主要特点：制造和安装精度要求较低；中心距较大时，其传动结构简单；瞬时链速和瞬时传动比不是常数，传动平稳性较差。3）带传动：包括主动轮、从动轮；环形带特点：适用于两轴中心距较大的传动；、带具有良好的挠性，可缓和冲击，吸收振动；过载时打滑防止损坏其他零部件；结构简单、成本低廉。4）齿轮传动：分类：平面齿轮传动、空间齿轮传动。特点：优点适用的圆周速度和功率范围广；传动比准确、稳定、效率高；工作可靠性高、寿命长；可实现平行轴、任意角相交轴和任意角交错轴之间的传动缺点要求较高的制造和安装精度、成本较高；不适宜远距离两轴之间的传动。 (2)原动机的确定（A1） 原动机是驱动机器完成预定功能的动力源。由于本机需要有X、Y、Z、四个方向互不相干的运动，所以需要有四个原动机。根据本机负载不大，主要要求精密分度的特点，原动机全部采用步进电机。步进电机总的位移量是严格等于输入的指令脉冲数，或其平均转速严格正比于输入指令脉冲的频率;同时在其工作频段内，可以从一种运动状态稳定地转换到另一种运动状态。采用步进电机可以实现精确位移、精确定位，而且累计误差甚微。在各种步进电动机中，反应式步进电机的力矩一惯性比高、步进频率高、频率响应快、断电时转子能自由转动、机械结构简单、寿命长、能双向旋转、有适量阻尼、正常电机无失步区。所以，在本课题所涉及到的划片机设计中，所选用的步进电机均为反应式步进电机。(3)X轴传动部件的确定（B3）X轴传动系统的功能是拖动承片台作往复直线运动，要求运动要灵活、平稳、同步，对定位精度没有要求，工作载荷较小，因此决定X轴传动部件采用同步齿形带传动。齿形带传动可将步进电机的旋转运动转变为承片台的直线运动，具有传动精度高、效率高、传动平稳、占用空间小、结构简单、成本低的优点。(4)轴传动部件的确定（C1）轴传动系统的功能是带动承片台顺、逆时针旋转，旋转范围为0一180。对轴传动系统的要求是要有准确的分度，可以实现小分辨率，能进行微调。这需要很高的传动比，因此轴传动部件确定为有较大传动比的蜗杆传动。3本课题研究的重点及难点，前期已开展工作3.1 本课题研究的重点及难点(1)在深入分析划片机的工艺要求、对比不同的运动方案的特点的基础上，找到影响划片质量的关键点，然后确定总体方案，对提高划片机的总体性能具有至关重要的作用，也是研究的难点所在。(2)X轴对传动的平稳性要求较高，如何确定的X轴的传动方案是本课题的研究重点及难点。(3)对轴传动系统的性能要求是转角定位精度、反向间隙和重复定位精度。因此，如何确定轴的传动方案，是本课题的研究重点及难点。3.2 前期已开展工作针对课题要求，在图书馆查阅了相关的资料后，对划片机的国内外发展现状及国内外的研究方法有了一定的认识，通过图书以及网络调研了国内外划片机的性能特点，了解了划片机的工作原理，明确了划片机的性能要求，在指导老师的指导下,对总体设计方案有了一个大致的规划和了解,完成开题报告,并借阅了一些设计用书籍为下一步的设计工作打下了基础。4 完成本课题的工作方案及进度计划(1)1-3周：调研，通过查阅相关文献和刊物，了解IC封装及划片机的工作原理，完成开题报告; (2)4-6周：提出几种原理方案和结构方案，然后进行比较，确定拟实施的方案，明确该方案的重点，设计传动机构，完成英文资料翻译; (3)7-11周：对划片机进行结构参数的初步设计，并完成相关的计算；完成划片机的机械结构X、轴进行具体设计;(4)12-15周：设计辅助系统，如电机控制系统、工作台夹紧装置、自动对准装置、导轨、滚珠丝杆副;(5)16-18周：完成设计图纸，整理并写出毕业论文，准备答辩。指导教师意见（对课题的深度、广度及工作量的意见） 指导教师： 年 月 日 所在系审查意见： 系主管领导： 年 月 日注：1）正文：宋体小四号字，行距20磅，单面打印；其他格式与毕业论文要求相同。 2）开题报告由各系集中归档保存。 3）开题报告引用参考文献注释格式可参照附录E“毕业设计（论文）参考文献样式”执行。不进入正文，可以作为附件放在开题报告后面。参考文献1 姚道俊砂轮划片工艺的实践与提高J集成电路通讯，2005，（6）：35-372袁慧珠,李德爱,孙家全,王纪春.ZSH-型自动砂轮划片机J.仪表技术与传感器,1998,12:17-18+33.3谢中生.DISCO会社与其具有世界领先水平的划片机J.电子工业专用设备,1996,04:40-42+39.4王宏智,王明权.HP-602型精密自动划片机基础技术及功能J.中国集成电路,2002,03:71-72.5冯晓国，张景和，张承嘉，何惠阳IC封装设备划片机的研制J仪器仪表学报，2003，S1：50-526袁慧珠.精密砂轮划片机的设计及精度分析D.沈阳工业大学,2004.7日本DISCO公司. 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