面向芯片封装的划片机机械结构设计（全套含CAD图纸）
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I 面向 芯片封装 划片机 机械结构 设计 摘要 芯片封装是三大半 导体行业 之一。 包装工艺包括：划线，粘膜，超声波焊接，包装，测试，包装。 划片机就是 芯片封装生产线上 一个 器件，不过这可是 第一个 关键器件， 它的 功能是将生产的晶圆 加以 切割 ， 做成单元器件，并为下一个单元 晶片 的接合做准备。 然而， 因为和 国外技术的差距 比较大 ， 所以 中国 划片 机 基本上都是从外国购买的。为了 让 中国拥有自己 研发 制作的划片机 ，详细 设计了 划片机机的整体规划和 其中 的关键部件 。 在阐明划线 们 先 确定了 计了划片机各部分的原理。 然后，列出了四种不同的 分别 分析 它们 的优缺点，仔细比较 后 选择 最终完成了 整体规划 。 在下一步中，每个零件结构的初步设计都按照划线过程的要求进行，包括各轴的传输方案和相关的结构参数。 然后，根据主体的要求， 对划片 机的 四个 轴 进行 精心设计。 通过计算，完成 ， Y， Z 轴的 择类型 、 导轨选择。 最后， 完成 X， ， Y， Z 轴 的装配 图。 关键字： 划片机；总体规划；结构设计；滚珠丝杠；步进电机；滚动直线导轨 of is of is a on is is to to be of to do so is In to to & D of of of of On of of we of of of is of In of is to of of to of of of of , , Y, is is , , Y, Z 目录 摘要 . I . 绪论 . 错误 !未定义书签。 题背景及研究意义 . 错误 !未定义书签。 内外相关研究情况 . 错误 !未定义书签。 片机的发展过程 . 错误 !未定义书签。 片机的工作原理 . 错误 !未定义书签。 课题的主要内容 . 错误 !未定义书签。 2 划片机的总体方案设计 . 错误 !未定义书签。 片机的原理方案设计 . 错误 !未定义书签。 片机 X、 Y、 Z 轴的原 理方案设计 . 错误 !未定义书签。 片机 轴的原理方案设计 . 错误 !未定义书签。 片机的结构方案设计 10 . 错误 !未定义书签。 案可行性分析 . 错误 !未定义书签。 3 划片机结构参数的初步设计及相关计 算 . 错误 !未定义书签。 片机主轴的参数的初步设计 12 . 错误 !未定义书签。 动机参数的初步的设计 . 错误 !未定义书签。 片机 X 轴参数的初步设计 . 错误 !未定义书签。 片机 轴参数的初 步设计 . 错误 !未定义书签。 片机 Y 轴的初步设计 . 错误 !未定义书签。 片机 Z 轴的初步设计 . 错误 !未定义书签。 4 4 划片机 X、 、 Y、 Z 轴机械结构具体设计 . 错误 !未定义书签。 机械结构的设计及计算 . 错误 !未定义书签。 伺服电机的 选型 . 错误 !未定义书签。 滚珠丝杠的选型 . 错误 !未定义书签。 直线导轨的选型 . 错误 !未定义书签。 . 错误 !未定义书签。 杆蜗轮副的主要参数选择 . 错误 !未定义书签。 进电机的 选型 . 错误 !未定义书签。 方向的晶片工作台幅面尺寸 . 错误 !未定义书签。 轴方向移动滑台幅面尺寸 . 错误 !未 定义书签。 轴机械结构的设计及计算 . 错误 !未定义书签。 轴滚珠丝杠 的设计 . 错误 !未定义书签。 轴电机的选型 . 错误 !未定义书签。 导轨的选型 . 错误 !未定义书签。 轴机械结构的设计和计算 . 错误 !未定义书签。 滚珠丝杠的设计 . 错误 !未定义书签。 轴电机的选型 . 错误 !未定义书签。 导轨的选型 . 错误 !未定义书签。 5 划片机其它装置的设计 . 错误 !未定义书签。 紧装置的设计 . 错误 !未定义书签。 路系统设计 . 错误 !未定义书签。 路系统设计 . 错误 !未定义书签。 5 结论 . 错误 !未定义书签。 致谢 . 错误 !未定义书签。 参考文献 . 错误 !未定义书签。 毕业设计（论文）知识产权声明 . 错误 !未定义书签。 毕业设计（论文）独创性声明 . 错误 !未定义书签。 附录 . 错误 !未定义书签。 本科毕业设计 (论文 ) 题目 ： 面向芯片封装 的划片机机械结构设计 院 （系）： 机电工程学院 专 业： 机械设计制造及自动化 班 级： 学 生： 学 号： 指导教师： 201 年 0 月 本科毕业设计 (论文 ) 题目 ： 面向芯片封装 的划片机机械结构设计 院 （系）： 机电工程学院 专 业： 机械设计制造及自动化 班 级： 班 学 生： 学 号： 指导教师： 201 年 0 月 I 面向 芯片封装 划片机 机械结构 设计 摘 要 芯片封装是三大半 导体行业 之一。 包装工艺包括：划线，粘膜，超声波焊接，包装，测试，包装。 划片机 就是 芯片封装生产线上 一个 器件，不过这可是第一个 关键器件， 它的 功能是将生产的晶圆 加以 切割 ， 做 成单元器件，并为下一个单元 晶片 的接合做准备。 然而， 因为和 国外技术的差距 比较大 ， 所以 中国 划片 机 基本上 都是从外国购买的 。为了 让 中国拥有自己 研发 制作的划片机 ， 详细 设计了 划片机 机的整体规划和 其中 的 关键部件 。 在阐明划线 我们 先 确定了 计了划片机各部分的原理。 然后，列出了四种不同的 分别 分析 它们 的优缺点，仔细比较 后 选择 最终 完成 了 整体规划 。 在下一步中，每个零件结构的初步设计都按照划线过程的要求进行，包括各轴的传输方案和相关的结构参数。 然后，根据主体的要求， 对 划片 机的 四个 轴进行 精心设计。 通过计算，完成 ， Y， Z 轴的 择类型 、 导轨选择。 最后， 完成 X， ， Y， 装配 图。 关键字： 划片机；总体规划；结构设计；滚珠丝杠；步进电机；滚动直线导轨 of is of is a on is is to to be of to do so is In to to & D of of of of On of of we of of of is of In of is to of of to of of of of , , Y, is is , , Y, Z 3 目 录 摘要 . I . 绪论 . 1 题背景及研究意义 . 1 内外相关研究情况 . 1 片机的发展过程 . 2 片机的工作原理 . 3 课题的主要内容 . 4 2 划片机的总体方案设计 . 5 片机的原理方案设计 . 5 片机 X、 Y、 Z 轴的原理方案设计 . 5 片机 轴的原理方案设计 . 5 片机的结构方案设计 10 . 6 案可行性分析 . 8 3 划片机结构参数的初步设计及相关计 算 . 9 片机主轴的参数的初步设计 12 . 9 动机参数的初步的设计 . 9 片机 X 轴参数的初步 设计 . 10 片机 轴参数的初步设计 . 10 片机 Y 轴的初步设计 . 10 片机 Z 轴的初步设计 . 10 4 划片机 X、 、 Y、 Z 轴机 械结构具体设计 . 11 机械结构的设计及计算 . 11 伺服电机的选型 . 11 滚珠丝杠的选型 . 11 直线导轨的选型 . 13 . 14 杆蜗轮副的主要参数选择 . 14 进电机的选型 . 17 . 17 轴 方向移动滑台幅面尺寸 . 17 轴机械结构的设计及计算 . 18 轴滚珠丝杠的设计 . 18 轴电机的选 型 . 21 导轨的选型 . 23 轴机械结构的设计和计算 . 24 滚珠丝杠的设计 . 24 轴电机的选型 . 25 导轨的选型 . 26 5 划片机其它装置的设计 . 27 紧装置的设计 . 27 路系统设计 . 27 路系统设计 . 28 结论 . 29 致谢 . 30 参考文献 . 31 毕业设计（论文）知识产权声明 . 33 毕业设计（论文）独创性声明 . 34 附录 . 35 1 绪论 1 1 绪论 题背景及研究意义 芯片封装是三大半导体行业 之一。随后的包装过程包括：划线，粘膜，超声波焊接，包装， 测试，包装。划片机是芯片封装线上一个 设 施 ，但是这个设备是 第一个 .器件，其用途是将制造 割成一个 准备进 割芯片的尺寸通常是 3 到 6 个芯片，单元晶片的外 观 有 两种，也可以 说是一种， 一是 矩形，另一个就是多边形。目前，中国的半导体封装设备 都是 来自进口的，它们主要来自美国 、 日本 、 新加坡 引进 1。为了 让 中国尽快的拥有自己的芯片封装设备，研究 组 从没有放弃对 装设备 划片 机 方面 的研究 。因此，本专业论文题目为 “ 面向 芯片 封装的划片 机械机械结构设计 ” ， 拥有 很 大的学术 研究 价值， 有着 重要的意义， 未来 应用 发展也有着很好 的前景 。 内外相关研究情况 在国外， 七十年代初 划片机 横空出世，开启了划片机的新纪元， 诞生以来，它的 发展速度 像 火箭般飞快 ， 涉及 的 方面 也 越来越广泛，各种 各样相继 出现 。一开始， 外国 只有三个国家 制作 生产划片机， 发达国家美国 对这方面很早就有研究，英国同时也没有放弃这方面研究，日本是紧追其后赶着研究， 就是在这样时代 ，在当时 最多 也就只有 五家公司 有能力 制 造划片 机， 但是 现在不同了，俄罗斯也开始生产研究， 台湾加入 了其中的 行列 ， 中国 作为发展中的国家也不甘落后，也开始创造划片机 ， 划片机 生产厂家 已经发展到十几家。 这和 以前相比较很明显有了前所未有的进步 。 目前，国外的切割机制造商 已经拥 有 很多 ，其中最著名得有 四家 公司， 谁也 没想到的是日本在这方面的研究成果突出，特别当时的 日本 名， 东京精密 究力度也很大， 还要 另外两个公司也相当有名那就是 以色列 英国流星 公司。 当 第一个 生产的 划片 机 他只能 只用于切割 半 而且 只能切割 硅 寸 还很小，大约只有 3 英寸 。 现在不同 了 ，它不仅可以 可以切割其他 ，硬的材料， 有了 更多 越来 大约能占世界 划片 机销量的 80 都是 来自日本 的 一个公司，那个公司就是 司 ， 当然销量 一定程度也代表了质量，代表了技术， 代表了目前 划片 机 一个 巅峰的 水平。 司 也 生产 了 一个划片机，它 是 紫外 激光划片机 ， 而它 的切割范围也有一定的限制，目前 可用于切割 300 它 采用 355 266脉冲 光光源， 同时 也 采用高性能，超精准气动控制台， 这样 就会使得 高速 划片 后 ， 断面 的边缘 不仅 会十分 光滑 ， 而且 非常 平 2 直，切割槽宽仅 2。 我国真的开始开发划片 机，可能在七十年代。 1982年，中国 终于 拥有了自的封装设备，第一台砂轮划片机，这意味着中国在封装道路上迈出了关键性的一步。 结束了 我国多年 对进口 的划片机需求 ，开创 了 半导体 行业上自给自足的历史性 转折。到目前 国内也已经发展了很多厂商，其中最让人熟知的就是 中国电子科技集团公司 45研究所和武汉三电设备制造 有限公司 3。 当然还有 一些其他的厂商例如 ，西安杰盛电子科技有限公司，沉阳仪器科学研究院，上海福安工厂自动化有限公司 。 在 国 内 ， 划片机最先进 属 中国电子科技集团 45研究所 ，它 采用了当时最新的技术， 对芯片 的质量提高了很多 。它 是如何提高芯片质量呢？ 主要 从芯片的抗弯强度，同时也让晶 圆 的正负轮减少了 。这个 技术当时叫做恒转矩变频技术。 在这样 的技术 爆发 的时代，国内专家夜以继日的研究，最终在 在 2004 年时 ， 研发一台精密自动切割机， 并 命名它的型号是 这个 划片机不仅 在 硅片的直径 做了 突破，同时 也在 硅片上的芯片数量 做出了 突破 ，芯片的输出效率 也得到 提高 ，并达到了实用，定位精度 10m 。同时其他国内厂商并没有放弃研究， 其中 最突出的还属 沉阳仪器科学研究院 ， 他们当时切割晶圆的行程和 国际 水平仅仅只是差了 当时 国际水平是 精度达到了 5m/ 35是 在切割速度上就需要有待继续钻研了，和国际水平 相差 甚远。 虽然 还有很大的差距，但是不能否认国内 在 划片机设备上的 努力 钻研的 成果 。 在 2010 年 1 月3日，苏州天宏激光有限公司 在激光 划片有了突破性研究，值得引人注目的是他把槽宽度降低到了 3m ， 这在当时国内是相当艰难的， 这个 技术的成熟也让 他们 推出 了 国内 首款晶片激光切割机 ， 并取名为 机 。 从国内外现状 尽管 国内 是 国内划片 割速度及 不 到国际 平 ,划片槽的宽度 也 一直再紧追 国际水准，虽然还 有着很大 的 差距 ,但 我国 仍 一直 在 划片机研究方面努力钻研 。 片机的发展过程 划片 机 发展 可以 分为三个阶段 ， 金刚石划片、激光划片和砂轮划片 是 划片机根据其划片方法的发展过程 分类 的 3。 （ 1）金刚石划片 这是最早的划线方法， 也是现在 使用最少的方法，机会可以说被淘汰了 。 使用尖锐的金 以 以约 50 克的固 割 出小 分割线 ， 加上弯 曲 力 其分成小块的 。 金刚石切割线 也有 一定的范围，通常它的 宽度为6 8m，深度为 5m。 如果 划线 芯片时，打破薄 能 片边缘不整齐，碎片不能 划 片 的 成品 产量在很大程度上 由 两个因素决定，一是取决于金刚石尖端的加工精度 ，二 是它的 锋利度。 （ 2）激光划片 3 第二代划片 是 激光划线是激 射 ， 这些 被照射的 部分硅 为被 个温度大概 有 温，并在瞬间气化或熔化， 然后这样 就会 让 硅 片 留下沟槽 ， 再沿着 这些沟槽分开 。当激光划片时， 在硅晶片的表面上 附 一 因此必须对硅晶 行 一定的处理，它上面的灰尘 如果 不 处理 的 话就会影响精度 。 激光划线 的方法高于金刚石切割，因此在一段时间内取代了金刚石切割。 (3)砂轮划片 第三代划片机 。砂轮切片机 采用了 是采用高速 压主轴驱动刀片 ，通过控制光栅 刀片定位在材料的加工中，最终形成 刀片 的工作效率是由划线速度决定的 ，并且如果连续地提高切割速度， 就会 产生一定的影响， 则切割过程中 就会 产生不稳定的 刀具速度 。切割速 待加 有着 很大的关系 ，如硅片表面材料的硬度 很大 的话，这就会 直接影响 切割速度。切割深度过大时切割超硬材料 会对 刀片产生很大影响 ， 对 刀片的正常使用 十分不利 ，最终影响刀片寿命 4。 三种划线技术的比较如表 示。 从表 以看出，砂轮划线 不论从哪个 指标 里 相比较， 相对于其他两种加工技术具有突出优势， 可以 说是目前所达到的最高水准， 因此砂轮划片是目前的主流加工技术 5。 表 工工艺比较 指标 分类 金刚石划片 激光划片 砂轮划片 加工速度 46mm/s 150mm/s 300mm/s 加工深度 3 10m 100m 100m 加工宽度 3 10m 20 25m 刀片厚度 +10m 划片效果 裂纹大 有热损耗 只有微小裂纹 成品率 60 70% 70 80% 98% 噪音 小 大 较小 其他 硅片厚度为小片尺寸的 1/4 以下 有黏着灰尘的问题 需要切削液、压缩空气 片机的工作原理 刚石划片机的工作原理 金刚 石切割机是 板的，它是 通过高速旋 . 转的金刚石刀片 ，而传统 和 金刚石划片 同 ， 它 使用 的 是 脉冲激光 ， 在陶瓷中沿直线打 一系列盲孔， 但是 盲孔的深度有一点要求， 大概 是 陶瓷 厚度为 1/3 至 1/4， 因为 应力集中，沿线的陶瓷材料可 以 折断 。 因此，金刚石切割工艺的优点 有 两方面比较突出，一 是高 精度切割， 二是 基板边缘整齐 。 4 光划片机的工作原理 激光划线机由 八大部分 组成。 其中 的控制面板 有 着 一些按钮或者旋钮， 工作表面上覆盖有气孔，气孔和真空泵连接，在电池 片 吸附在控制台上 的 时候，就是因为 打开 了 真空泵，使 划片 过程中的芯片保持平稳而难以移动。 激光是不用 接触就可以的加工的， 这样 就有一个 好处 就是他没有 机械 冲压力，工件不容易变形 。 它通过 光能 迫使 物质的化学键断裂，然后划出痕迹 。 主要 用于 太阳能电 池板的切割， 热 影响是非常小的， 划片 精度相当之高。 轮划片机的工作原理 精密切割 设备 我们 切割工件通常 有 状， 一个 是 切割前尺寸大小最小直径为 形 ， 另一个是 最大边为方形 平方的 方形。 切割后的小颗粒的 有 三种，它们分别 为方形，矩形和六边形。 它 的 切割刀具主要 采用超薄金刚石刀片，主轴驱动 过 强力 磨削 路 者对各种硬 课题的主要内容 结合前期的 文的主 (1)通过调查 相关 资料，然后参考分析 ，了解 装 ，最后 对 划片 机的工作原理 也 做了相 关 理解 ； (2)做好 原理方 然后在做好 结构方 最后 确定 最终 (3)对 划片机进行 了 最初 设计， 确定 一些 最初结构参数， 并完成 相关 计算； (4)对 划片机的机械结构 X、 、 轴 四个 轴分别 进行详细 设计 ；（ 其中Y 250 Z 轴 100 Y、 Z 定位精度小于 4m。 X 400片 机 的 速度 0s；转角 120 ）； (5)完成装配图和零件图。2 划片机 的总体方案设计 5 2 划片机的总体方案设计 片机的原理方案设计 片机 X、 Y、 Z 轴的原理方案设计 划片 机 X 和 Y 轴 主要 完成 平行 切割， Z 则主要 完成切割深度。 他们 都主要的是 完成 往复直线运动。 可以 做往复直线运动的机构很多 ，比如 曲柄滑 轮 机构 .，齿条机构 .，螺杆驱动机构 .，气缸，液压缸等 但是 由 其中 有三种机构 他们分别是曲柄滑块机构，凸轮机构和齿条机构 。又考虑 经济情况， 气缸，液压缸 需要 建立 独立的泵站，不仅增加了成本 ，还要控制系统改变复杂 7。 因此 就只剩下滚珠丝杠考虑， 滚珠丝杠传动广泛应用于送料系统， 不仅 传动比大， 而且 它的 精度 也 很 高，结构 也相对 简单，传动平稳 。 所以 选择 电机作为原动机， 通过 滚珠丝杠 传动， 已达到 需求 。 片机轴的原理方案设计 划片机 的 轴， 它 是 切割 两个以上方向 ， 顺时针 运动或者逆时针运动， 并且执行轴的旋转以驱动 工作台，切割特定 方向的芯片 。 因此， 轴 要 实现往复运动， 而且 还 可以 达到 自锁 的 目的 。 这就 必须 要 有 一个准确 的 索引，可以实现小分辨率，可以进行微调等 8。 很 高传动比 才能 达到要求 ，因此选择 了 具有较大传动比的涡轮 蜗杆 传 动 。 综上所述， 画出 了 总传动系统示意图 ， 如 图 示。 其中 1 承片台 2 砂轮刀片 3 Z 向丝杠 4 Y 步进电机 5 Y 滚珠丝杠 6 Z 向步进电机 7 向步进电机 8 滑动平台 9 X 轴伺服电机 10 滚珠丝杠 11 直线导轨 12 蜗轮蜗杆 6 图 传动系统示意 片机的结构方案设计 10 方案的原理 现方案的原理 有各 个方案都有 点和缺点。 其中， 划片机 主轴，芯片固定方式，定位模式，控制方式，冷却保护方案已经确定，因此其结构已经确定 11。 划片机 机的 X， Y， Z 和 轴具有不同的布局模式。四种方案如表 示 。 表 构方案比较表 序号 承片台的运动 结构复杂程度 砂轮刀片的运动 防水性能 总体布局 1 X+Y+Z+ 复杂 自转 好 不好 2 X+Y+ 较复杂 自转 +Z 好 不好 3 X+Y 较简单 自转 +Z+ 不好 不好 4 X + 较简单 自转 +Y+Z 好 好 第一种方案的 示。 除了 架还有 Z 方向上下， 向 结构，复 器自 位精 应该 采 用 。 7 第二种方案 的原理图如图 示。 除了 叉运动之外，托架也沿 方向旋转。 该结构比第一个稍微简单一些，但运动惯性也很大，影响定位精度的缺点，不应该使用。 主轴承片台 电机Z 电机X 电机Y 电机砂轮刀 片Z 电机 电机主轴承片台X 电机Y 电机砂轮刀 片图 案一示意图 图 案二示意图 第三种方案 的原理图如图 示。 工作室只是 叉运动，结构比较简单。但轮叶除了旋转外，还可以为 Z 上下摆动， 向旋转运动，结构比较复杂，因此，不应该使用 。 第四种方案的原理图如图 示。 承载 台只有 X 进给和 旋转，结构简单。 虽然磨轮刀片除了旋转外，还要做 Y 和 Z 的上下运动，但结构比较简单，所以最终决定这个结构方案。 X 电机主轴承片台 电机Z 电机Y 电机砂轮刀 片主轴承片台 电机Z 电机Y 电机砂轮刀 片X 电机图 案三示意图 图 案四示意图 8 案可行性 分析 方案 的确定是在某一个背景下，驱使人们去研究，去 赶 追世界潮流 。 在这个 科技强国 的时代背景下， 我国 一直努力钻研。我们 都知道 人思考是需要大脑，那么机器用的是什么呢？ 当然 是 性能直接影响整 体 性能 。 我们 最 了解 还属电脑和手机，这两个 机器 让我们深刻的知道一个好的 当于 奔腾 的宝马，可以 肆意的奔跑。 玩游戏的 时候 极其 卡顿，黑屏 ， 蓝屏 整个 程序直接崩溃， 是一件 让人疯狂的事 ； 当然不止 游戏 ， 从事 画图工作的人， 电脑 没有 一定 的 跑 不 起来的。 而 造工艺的最后一步也是最关键的 一步就是 封装 技术 。好的 封装技术当然离不开好的芯片，所以研究芯片的封装是十分必要的， 芯片 的封装 的第一 个 关键性 设备 ， 也就是划片机， 十分 值得我们研究。 前面 已经做了了解 ， 国内 芯片封装技术 和国外差距十分大 。 就 西安 来说，最开始的三星半导 ， 再到后来的立成半导，最后的华天科技，只有三家公司 从事 芯片封装 ， 一个 韩国的，一个台湾的， 为什么只有 这么三家， 我们 本土的就只有一家，说到底还是我们没有 那 方面的技术。 芯片 封装涉及极 广 ，就第一道产线的划片机都是外国的， 尽管 我国一直努力研究但是还是有着很大的差距 。 用着 别人 的永远超越不了别人，要想进一步发展就要独立自主的生产制造划片，紧追国际水平，日本一个小小岛国，而我大 中华 这么 多 人，总有一 天 我们会 赶 追国际水平 。 因此划片 机 研究 是十分必要的， 同时 方案 也是 必要的。 上面 浅谈了 方案 的 建设 背景和研究的必要 性 ，下面从划片机的 方案 的可行性 进行 分析。 先 从原理上分析，把运动 合理 分配 ，承载 台只有 X 进给和 旋转 ， 而刀片做 的上下运动 ， 上面所选的结果 结构 简单， 当然 也能完成设计的要求 ， 经分析这个原理上是合理的。下来 就是 选择每个 方向 运动的动力源，传动装置 ， 经一番 查阅 分别选择了合适的。 因此 ，技术方面是可行的。 综合以上考虑经济和环保方面也是可行的。 3 划片机 结构参数的初步设计及相关计算 9 3 划片机结构参数的初步设计及相关计算 片机主轴的参数的初步设计 12 要确定砂轮切割机的主轴参数，必须首先确定砂轮切割机刀 片形式。砂轮划线机使用刀刃的外边缘（外径）实现切割，根据点的形式：硬刀和软刀。硬刀由刀片和法兰制成，软刀需要使用法兰夹紧。根据组合 片 片直 0基刀和树脂刀。对于晶圆在 般采用镍基硬刀。其中，镍基刀是其直径一般为 50镍基粘合剂电镀金刚砂 13。此外，它具有寿命长，刀刃几何保持良好，精度高，切割质量高，可生产 米薄刀等。镍基刀的厚度通常为 中选择 对于 50基刀，主轴转速 通常 建议为 3 万 r / 当然 也有一个最高转速，最 高 4 万 r / 此， 划片机 的主轴转速 最后 选了最高的 。已经决定选择 砂轮 刀片用 电 主轴来驱动 ， 电主轴 可以 分为三大类， 我们主要 是利用它强大的磨削 。 因为 划片是很强的磨削加工，所以 选择 电主轴要在磨削种类中选取。 选择 国内 最 高 水准的 空气静压电主轴， 它的 转速相当之高，最 低可以达到40w r / 高 可以达到 50w r / 它的运转 速度十分稳定， 因此 可以得到平稳的线速度 。他 还可以 长时间保持高精度， 满足 设计的划片 机要求 。 电主轴润 有三种 ，一般常用的是 油气 还要两 它们是 油脂 雾润滑。 油脂 . 润滑速度应较低 ; 油雾，油气润滑速度 高，但具有相应的润滑系统 择油气润滑 15。 对于上述选择的参数， 可以选择专门用于生产高速切割机的洛阳轴研 型号 其中，速度 40000r / 率 压 220v，适用于具有高速主 动机参数的初步的设计 原动机是驱动机器完成预 电源。因为机器需 ， Y， Z， 四 相关运动，所以需要有四个原 据局部载荷不大，主要要求的特点是 分度，原动机采用步进电机。步进电机的 总位 令脉冲 平均速度与输入 16。同时，可以在其工作频带的运动状态下从一个运动状态稳定地切换到另一运动状态。在 服 电机可用于实现精确位移，精确定位，伺服电机选择 松下生产交流伺服电机，额定转速 3000r / 定转速 00 s，其它 选用步进电机。 10 片机 X 轴参数的初步设计 根据 X 400要求， 50线速度范围为 0 300 s; 线性导轨选择在银线性导轨上，两个直线导轨间距为140导程 为 5为精密 传动 丝 杆，力小，采用类比法，根据以往的设计经验，确定螺杆的 公称直径 d = 20 片机轴参数的初步设计 轴驱动系统需要精确的分度，实现小分辨率，微调， 这需要高传动比，因此轴驱动被识别为具有较大传动比的蜗轮蜗杆 传动 17。 转台： 120，转角 的最小分辨率 选 8。 片机 Y 轴的初步设计 因为 Y 轴系统的作 速主轴做切 就是说，根据单位尺 步运动。 在 X 轴完成往 Y 轴导轨 运行单位晶圆 完成下一个切割线。 Y 轴要求结构刚度高，运行平稳，位移分辨率高，整个轨道的累积误差小（ 4m/ 400 因此，为了满足使用要求，为了降低成本， Y 轴选择步进电机驱动，滚珠丝杠螺母机构为传动机构，螺杆有效行程 250初确定为 300线 5。 导轨选择滚动直线导轨，导轨间距最初确定为 200度 600 片机 Z 轴的初步设计 Z 轴系统是在划线过程中驱动高速主轴提升刀刀运动的过程中的作用。 Z 轴驱动剪刀也上下升降，完成单元切片段切割。 确保晶片切割 深度的一致性 18。 因此，为了满足精度要求，为了降低开发成本， Z 轴选择步进电机驱动，滚珠丝杠螺母机构作为进给机构，螺杆的有效行程为 100步确定为 150，先导初步 2 导轨初步选择滚动直线导轨，轨道宽度初始确定为 220度 300 4 划片机 X、 、 Y、 Z 轴机械结构具体设计 11 4 划片机 X、 Y、 Z 轴机械结构具体设计 机械结构的设计及计算 伺服电机的选型 输送机的总质量 W=15 际摩擦系数 =械效率 = 螺距 速比 ， 。 则 0 1 5= 0 0 += （ 2222L 2 . 04 （ 在 容量 时 必 条件 : 10L L 其中 电机额定惯性矩 ； 10 是 进行高频定位时的系数 ； 电机额 安全因子 ； 机 载转矩 。 计算得： 25M 因此 选择的伺服电机需要满足上面范围， 查询 选 ，发现松 伺服电机 参数为 0 很明显 它的 最大扭矩 m， 额 000 r/大转 000 r/以 动力源 伺服电机 滚珠丝杠的选型 (1) 确定滚珠丝杠的导程 松下的伺服电型号 是 的 参数 如下3000r , 000r ， 00mm s 向的最大运动速度为 ,故丝杠导程为 P m a xm a （ 4 划片机 X、 、 Y、 Z 轴机械结构具体设计 12 其中 是 X 轴 方 向的最大运动速度 ,i = 1 因此选择滚珠丝杠的导程为 （ 2）确定滚珠丝杠的额定载荷 当 滚动导轨承 受载荷 的 时 候 ，滑动摩擦系数 0 =一般 情况看 静摩擦系数和动摩擦系数是 相等 的 ， 所以 静摩擦系数也 和 滑动摩擦 系数 取 一样 ，则导轨静摩擦力为： 00 . 1 20 （ 轨滑块的密封阻力，有 4 个滑块 ， 所以按 4个 计算， 而 一个滑块的密封阻力是 5N,那么 四个滑块的密封阻力就是 4 5 划片阻力很小， 基本 可以忽略 不计 ，因此 滚珠丝杠的当量载荷为 （ 滚珠丝杠螺母副的平均转速为 m m a ；其中0 （ 按滚珠 副预期 算额定动 4 9 1 . 2111 0 0 1382 0 0 0 01 8 0 060 0 （ 预期 荷系数，平稳无冲击时取 1； 精度系数； 可靠性系数，一般选取 1； （ 3） 滚珠丝杠 定支承之 021 （ 其中 l 为 X 轴有效行程， l=450 经计算取 L=556 滚珠丝杠采用的 是 两轴承座支承，这两个轴承座它们之间的距离为 556 (4)滚珠丝杠最小螺纹底径 007 8 （ (5)确定 滚珠丝杠螺纹长度 应该满足 下面的行程要求： LS=l+2e （ 其中 为 满足设备行程要求后 留 出来的余量 ，一般 它的取值在 50m a 13 之间 。 母的 高度 这里取值 51计算 = 521虑后最终取值为 550 公称直径 密传动 的 受 按 照以前 最终 决定 丝 称直径为 d = 20 经 查 滚珠丝杠 有一个 的型号 十分 满足要求，它的型号就是 的 导程是 5称直径是 20滚珠 丝杆的零件图如图 杆 直线导轨的选型 根据 上面的计算 ， 滚珠丝杠的公称直径是 20个 上 银 的直线导轨符合要求，它的型号是 上银 0银 直线导轨的零件图如图 14 图 直线导轨 轴机械结构的设计及计算 轴方向 的传动系 进电机通过 动，使之 动承片台顺时针 的旋转 120。 120。 涡轮蜗杆 传动 下面 就对他 杆蜗轮副的主要参数选择 蜗轮 蜗杆 需要求 数有四个，它们分别是 m， q，蜗杆 l 和蜗杆齿 2 等。 在蜗杆传动 首先 选 杆头 数 然后 选择 蜗杆 2 的数量 ， 它们选择都是 和传动比 。 其次， 再 确定模数m， 随之确定 特征系数 q， 然而这两个参数的选择是 根据传动扭矩的大小和状况来 。上面 的四 需要确 尺寸了， 其他几何尺寸的 杆 ， 我们可 据 其 相应的公式计算 得出 。 （ 1） 蜗杆头数 蜗轮齿数 角分辨率为 8， 我们选择 的 步进电机 ，它 的步进角为 所以传动比 :i6060/8 675，实际设计取 i = 蜗杆头数 蜗轮齿数 Z2=80 （ 2） 模数 m 和蜗杆特性系数 q 在 中间 蜗杆与蜗轮 杆的轴 轮端面的模数 ，有着 很大关系，它们是相 即 m1 = m2，蜗轮购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 Q 197216396 本科毕业设计 (论文 ) 题目 ： 面向芯片封装 的划片机机械结构设计 院（系）： 机电工程学院 专业： 机械设计制造及自动化 班级： 学生： 学号： 指导教师： 201 年 0月 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 Q 197216396 本科毕业设计 (论文 ) 题目 ： 面向芯片封装 的划片机机械结构设计 院（系）： 机电工程学院 专业： 机械设计制造及自动化 班级： 班 学生： 学号： 指导教师： 201 年 0月 I 面向 芯片封装 划片机 机械结构 设计 摘 要 芯片封装是三大半导体行业之一。 包装工艺包括：划线，粘膜，超声波焊接，包装，测试，包装。 划片机就是 芯片封装生产线上 一个 器件，不过这可是第一个关键器件， 它的 功能是将生产的晶圆 加以 切割 ， 做成单元器件，并为下一个单元 晶片 的接合做准备。 然而， 因为和 国外技术的差距 比较大 ， 所以 中国 划片 机 基本上 都是从外国购买的。为了 让 中国拥有自己 研发 制作的划片机 ，详细 设计了 划片机 机的整体规划和 其中 的关键部件 。 在阐明划线 们 先 确定了 计了划片机各部分的原理。 然后，列出了四种不同的 分别 分析 它们 的优缺点，仔细比较 后 选择 最终完成了 整体规划 。 在下一步中，每个零件结构的初步设计都按照划线过程的要求进行，包括各轴的传输方案和相关的结构参数。 然后，根据主体的要求， 对划片 机的 四个 轴进行 精心设计。 通过计算，完成 ， Y， 螺母机构的选 导轨选择。 最后， 完成 X， ， Y， 装配 图。 关键字： 划片机；总体规划；结构设计；滚珠丝杠；步进电机；滚动直线导轨 of is of is a on is is to to be of to do so is In to to & D of of of of On of of we of of of is of In of is to of of to of of of of , , Y, is is , , Y, Z 3 目 录 摘要 . I . 绪论 . 1 . 1 内外相关研究情况 . 1 片机的发展过程 . 2 . 3 . 4 2 划片机的总体方案设计 . 5 片机的原理方案设计 . 5 、 Y、 . 5 轴的原理方案设计 . 5 10 . 6 . 8 3 划片机结构参数的初步设计及相关计算 . 9 12 . 9 . 9 片机 X 轴参数的初步设计 . 10 轴参数的初 步设计 . 10 片机 . 10 轴的初步设计 . 10 4 划片机 X、 、 Y、 . 11 . 11 . 11 . 11 . 13 . 14 . 14 . 17 方向的晶片工作台幅面尺寸 . 17 轴方向移动滑台幅面尺寸 . 17 轴机械结构 的设计及计算 . 18 轴滚珠丝杠的设计 . 18 轴电机的选型 . 21 . 23 轴机械结构的设计和计算 . 24 . 24 轴电机的选型 . 25 . 26 5 划片机其它装置的设计 . 27 . 27 . 27 . 28 结论 . 29 致谢 . 30 参考文献 . 31 毕业设计（论文）知识产权声明 . 33 毕业设计（论文）独创性声明 . 34 附录 . 35 1 绪论 1 1 绪论 题背景及研究意义 芯片封装是三大半导体行业之一。随后的包装过程包括：划线，粘膜，超声波焊接，包装，测试 ，包装。划片机是芯片封装线上一个 设 施 ，但是这个设备是 第一个 .器件，其用途是将制造 割成一个 准备进 割芯片的尺寸通常是 3 到 6 个芯片，单元晶片的外观 有 两种， 也可以 说是一种， 一是 矩形，另一个就是多边形。目前，中国的半导体封装设备 都是 来自进口的，它们主要来自美国 、 日本 、 新加坡引进 1。为了 让中国尽快的拥有自己的芯片封装设备，研究 组 从没有放弃对 片机 方面 的研究。因此，本专业论文题目为 “ 面向 芯片 封装的划片机械机械结构设计 ” ， 拥有 很大的学术 研究 价值， 有着 重要的意义， 未来 应用 发展也有着很好 的前景 。 内外相关研究情况 在国外，七十年代初划片机 横空出世，开启了划片机的新纪元， 诞生以来，它的发展速度像 火箭般飞快 ，涉及 的 方面 也 越来越广泛，各种 各样相继 出现。一开始，外国 只有三个国家 制作 生产划片机， 发达国家美国 对这方面很早就有研究，英国同时也没有放弃这方面研究，日本是紧追其后赶着研究， 就是在这样时代，在当时最多 也就只有 五家公司有能力制造划片机，但是 现在不同了，俄罗斯也开始生产研究， 台湾加入 了其中的 行列，中国 作为发展中的国家也不甘落后，也开始创造划片机 ，划片机 生产厂家 已经发展到十几家。这和 以前相比较很明显有了前所未有的进步 。目前，国外的切割机制造商已经拥有很多 ，其中最著名得有 四家 公司， 谁也 没想到的是日本在这方面的研究成果突出，特别当时的 日本 名，东京精密 究力度也很大， 还要 另外两个公司也相当有名那就是以色列 英国流星公司。 当第一个 生产的 划片 机 他只能只用于切割半 而且 只能切割硅 寸 还很小，大约只有 3 英寸。 现在不同 了，它不仅可以 可以切割其他 ，硬的材料， 有了 更多越来 约能占世界 划片 机销 量的 80 都是 来自日本 的 一个公司，那个公司就是 司， 当然销量 一定程度也代表了质量，代表了技术，代表了目前划片机一个 巅峰的 水平。 司 也 生产 了 一个划片机，它 是 紫外 激光划片机， 而它 的切割范围也有一定的限制，目前可用于切割 300 它 采用 355 266脉冲 光光源， 同时 也采用高性能，超精准气动控制台， 这样 就会使得高速 划片后 ， 断面 的边缘 不仅 会十分光滑 ，而且 非常平 2 直，切割槽宽仅 2。 我国真的开始开发划片机，可能在七十年代。 1982年，中国 终于 拥有了自的封装设备，第一台砂轮划片机，这意味着中国在封装道路上迈出了关键性的一步。 结束了 我国多年 对进口 的划片机需求 ，开创 了 半导体 行业上自给自足的历史性 转折。到目前 国内也已经发展了很多厂商，其中最让人熟知的就是中国电子科技集团公司 45研究所和武汉三电设备制造 有限公司 3。 当然还有 一些其他的厂商例如，西安杰盛电子科技有限公司，沉阳 仪器科学研究院，上海福安工厂自动化有限公司 。 在国内，划片机最先进 属 中国电子科技集团 45研究所 ，它 采用了当时最新的技术， 对芯片 的质量提高了很多 。它 是如何提高芯片质量呢？ 主要 从芯片的抗弯强度，同时也让晶 圆 的正负轮减少了 。这个 技术当时叫做恒转矩变频技术。 在这样 的技术 爆发 的时代，国内专家夜以继日的研究，最终在在 2004 年时 ，研发一台精密自动切割机， 并 命名它的型号是 个 划片机不仅 在 硅片的直径 做了 突破，同时 也在 硅片上的芯片数量 做出了 突破，芯片的输出效率 也得到 提高，并达到了实用，定位精度 10m 。同时其他国内厂商并没有放弃研究， 其中 最突出的还属 沉阳仪器科学研究院， 他们当时切割晶圆的行程和 国际 水平仅仅只是差了 当时 国际水平是 精度达到了 5m/ 35是 在切割速度上就需要有待继续钻研了，和国际水平 相差 甚远。 虽然 还有很大的差距，但是不能否认国内 在 划片机设备上的 努力 钻研的 成果 。 在 2010 年 1 月3日，苏州天宏激光有限公司 在激光 划片有了突破性研究，值得引人注目的是他把槽宽度降低到了 3m ， 这在当时国内是相当艰难的， 这个 技术的成熟也让 他们 推出 了 国内首款晶片激光切 割机 ， 并取名为 机。 从国内外现状 尽管 国内 是 国内划片 割速度及 先进水平 ,划片槽的宽度也 一直再紧追 国际 水准，虽然还有着很大 的 差距 ,但 我国 仍 一直 在 划片机研究方面努力钻研 。 片机的发展过程 划片机 发展 可以 分为三个阶段 ，金刚石划片、激光划片和砂轮划片是 划片机根据其划片方法的发展过程 分类 的 3。 （ 1）金刚石划片 这是最早的划线方法，也是现在 使用最少的方法，机会可以说被淘汰了 。 使用尖锐的金 以 约 50 克的固 割 出小 分割线 ，加上弯 曲 力 刚石切割线 也有 一定的范围，通常它的宽度为 6 8m，深度为 5m。如果 划线 芯片时，打破薄 会破裂，小片边缘不整齐，碎片不能 片 的 成品 产量在很大程度上 由 两个因素决定，一是取决于金刚石尖端的加工精度 ，二 是它的锋利度。 （ 2）激光划片 3 第二代划片是 激光划线是激 射 ， 这些 被照射的部分硅 为被 个温度大概 有 高温，并在瞬间气化或熔化， 然后这样 就会 让 硅 片 留下沟槽， 再沿着 这些沟槽分开。当激光划片时，在硅晶片的表面上 附 一 此必须对硅晶 行 一定的处理，它上面的灰尘 如果 不处理 的 话就会影响精度。 激光划线 的方法高于金刚石切割，因此在一段时间内取代了金刚石切割。 (3)砂轮划片 第三代划片机 轮切片机采用了 是采用高速 压主轴驱动刀片，通过控制光栅 片定位在材料的加工中，最终形成 片 的工作效率是由划线速度决定的 ，并且如果连续地提高切割速度，就会 产生一定的影响， 则切割过程中就会 产生不稳定的 刀具速度。切割速 工材料的硬度 大的关系 ，如硅片表面材料的硬度很大 的话，这就会 直接影响切割速度。切割深度过大时切割超硬材料会对 刀片产生很大影响 ， 对 刀片的正常使用十分不利，最终影响刀片寿命 4。 三种划线技术的比较如表 示。 从表 以看出，砂轮划线 不论从哪个 指标 里 相比较，相对于其他两种加工技术具有突出优势， 可以 说是目前所达到的最高水准， 因此砂轮划片是目前的主流加工技术 5。 表 工工艺比较 指标 分类 金刚石划片 激光划片 砂轮划片 加工速度 46mm/s 150mm/s 300mm/s 加工深度 3 10m 100m 100m 加工宽度 3 10m 20 25m 刀片厚度 +10m 划片效果 裂纹大 有热损耗 只有微小裂纹 成品率 60 70% 70 80% 98% 噪音 小 大 较小 其他 硅片厚度为小片尺寸的 1/4以下 有黏着灰尘的问题 需要切削液、压缩空气 片机的工作原理 刚石划片机的工作原理 金刚石切割机是 板的，它是 通过高速旋 . 转的金刚石刀片 ，而传统 金刚石划片 同 ， 它使用的 是 脉冲激光，在陶瓷中沿直线打一系列盲孔，但是 盲孔的深度有一点要求， 大概 是 陶瓷 厚度为 1/3 至 1/4， 因为 应力集中，沿线的陶瓷材料可 以 折断。 因此，金刚石切割工艺的优点 有 两方面比较突出，一是高精度切割， 二是 基板边缘整齐。 4 光划片机的工作原理 激光划线机由八大部分组成。其中 的控制面板有 着 一些按钮或者旋钮，工作表面上覆盖有气孔，气孔和真空泵连接，在电池 片 吸附在控制台上 的 时候，就是因为打开 了 真空泵，使 划片 过程中的芯片保持平稳而难以移动。 激光是不用 接触就可以的加工的， 这样 就有一个 好处 就是他没有 机械 冲压力，工件不容易变形 。 它通过 光能 迫使 物质的化学键断裂，然后划出痕迹 。 主要 用于 太阳能电 池板的切割， 热 影响是非常小的， 划片 精度相当之高。 轮划片机的工作原理 精密切割设备我们 切割工件通常 有 状， 一个 是切割前尺寸大小最小直径为 形 ， 另一个是 最大边为方形 平方的 方形。 切割后的小颗粒的 有 三种，它们分别为方形，矩形和六边形。 它 的 切割刀具主要 采用超薄金刚石刀片，主轴驱动 过 强力 磨削 路 者对各种硬 课题的主要内容 结合前期的 文的主 (1)通过调查相关 资料，然后参考分析 ，了解 装 ，最后 对 划片 机的工作原理 也 做了相 关 理解 ； (2)做好 原理方 然后在做好 结构方 最后 确定 最终 (3)对划片机进行 了 最初设计，确定 一些 最初结构参数，并完成相关计算； (4)对 划片机的机械结构 X、 、 轴四个 轴分别 进行详细设计 ；（其中Y 250 Z 轴 100 Y、 Z 定位精度小于 4m。 X 400片机 的 速度 0s；转角 120 ）； (5)完成装配图和零件图。2划片机 的总体方案设计 5 2 划片机的总体方案设计 片机的原理方案设计 、 Y、 划片 机 X 和 Y 轴 主要 完成 平行 切割， Z 则主要 完成切割深度。 他们 都主要的是 完成 往复直线运动。 可以 做往复直线运动的机构很多 ，比如曲柄滑 轮机构 .，齿条机构 .，螺杆驱动机构 .，气缸，液压缸等 但是 由 其中 有三种机构 他们分别是曲柄滑块机构，凸轮机构和齿条机构 。又考虑 经济情况，气缸，液压缸 需要 建立独立的泵站，不仅增加了成本 ，还要控制系统改变复杂 7。 因此 就只剩下滚珠丝杠考虑， 滚珠丝杠传动广泛应用于送料系统， 不仅 传动比大， 而且 它的精度 也 很高，结构 也相对 简单，传动平稳。 所以选择 电机作为原动机， 通过 滚珠丝杠 传动，已达到 需求 。 片机轴的原理方案设计 划片机 的 轴， 它 是切割 两个以上方向 ，顺时针 运动或者逆时针运动， 并且执行轴的旋转以驱动工作台，切割特定 方向的芯片 。 因此， 轴 要 实现往复运动， 而且 还 可以 达到自锁 的 目的。 这就 必须 要 有 一个准确 的索引，可以实现小分辨 率，可以进行微调等 8。 很 高传动比 才能 达到要求，因此选择 了 具有较大传动比的涡轮 蜗杆 传 动 。 综上所述，画出 了 总传动系统示意图，如图 示。 其中 1承片台 2砂轮刀片 3 Y 步进电机 5 向步进电机 8滑动平台 9 10 滚珠丝杠 11直线导轨 12蜗轮蜗杆 6 图 传动系统示意 片机的结构方案设计 10 方案的原理 现方案的原理有各 个方案都有 点和缺点。 其中， 划片机 主轴，芯片固定方式，定位模式，控制方式，冷却保护方案已经确定，因此其结构已经确定 11。 划片机 机的 X， Y， Z 和 轴具有不同的布局模式。四种方案如表 表 构方案比较表 序号 承片台的运动 结构复杂程度 砂轮刀片的运动 防水性能 总体布局 1 X+Y+Z+ 复杂 自转 好 不好 2 X+Y+ 较复杂 自转 +Z 好 不好 3 X+Y 较简单 自转 +Z+ 不好 不好 4 X + 较简单 自转 +Y+Z 好 好 第一种方案的 除了 叉运动外，托架还有 向 结构，复 器自 位精 应该 采 用。 7 第二种方案的原理图如图 除了 架也沿 方向旋转。 该结构比第一个稍微简单一些，但运动惯性也很大，影响定位精度的缺点，不应该使用。 主轴承片台 电机Z 电机X 电机Y 电机砂轮刀 片Z 电机 电机主轴承片台X 电机Y 电机砂轮刀 片图 案一示意图 图 案二示意图 第三种方案的原理图如图 工作室只是 构比较简单。但轮叶除了旋转外，还可以为 向旋转运动，结构比较复杂，因此，不应该使用。 第四种方案的原理图如图 承载 台只有 旋转，结构简单。 虽然磨轮刀片除了旋转外，还要做 Y 和 结构比较简单，所以最终决定这个结构方案。 8 X 电机主轴承片台 电机Z 电机Y 电机砂轮刀 片主轴承片台 电机Z 电机Y 电机砂轮刀 片X 电机图 案三示意图 图 案四示意图 案可行性 分析 方案 的确定是在某一个背景下，驱使人们去研究，去 赶 追世界潮流 。 在这个 科技强国 的时代背景下， 我国 一直努力钻研。我们 都知道 人思考是需要大脑，那么机器用的是什么呢？ 当然 是 性能直接影响整 体 性能 。 我们 最 了解 还属电脑和手机，这两个 机器 让我们深刻的知道一个好的 当于奔腾 的宝马，可以 肆意的奔跑。玩游戏的 时候极其 卡顿，黑屏 ， 蓝屏 整个 程序直接崩溃， 是一件 让人疯狂的事 ； 当然不止 游戏 ， 从事 画图工作的人， 电脑 没有 一定 的 不 起来的。 而 造工艺的最后一步也是最关键的 一步就是 术 。好的 封装技术当然离不开好的芯片，所以研究芯片的封装是十分必要的， 芯片 的封装 的第一 个 关键性 设备 ， 也就是划片机， 十分 值得我们研究。 前面 已经做了了解 ， 国内 芯片封装技术 和国外差距十分大 。 就 西安 来说，最开始的三星半导 ， 再到后来的立成半导，最后的华天科技，只有三家公司 从事 芯片封装， 一个 韩国的，一个台湾的， 为什么只有 这么三家， 我们 本土的就只有一家，说到底还是我们没有 那 方面的技术。 芯片 封装涉及极 广 ，就第一道产线的划片机都是外国的， 尽管 我国一直努力研究但是还是有着很大的差距 。 用着 别人 的永远超越不了别人，要想 进一步发展就要独立自主的生产制造划片，紧追国际水平，日本一个小小岛国，而我大 中华 这么 多 人，总有一 天 我们会 赶 追国际水平 。 因此划片 机 研究 是十分必要的， 同时 方案 也是 必要的。 上面 浅谈了 方案 的 建设 背景和研究的必要 性 ，下面从划片机的 方案 的可行性 进行 分析。 先 从原理上分析，把运动 合理 分配 ，承载 台只有 旋转 ， 而刀片做的上下运动 ， 上面所选的结果 结构 简单， 当然 也能完成设计的要求 ， 经分 9 析这个原理上是合理的。下来 就是 选择每个 方向 运动的动力源，传动装置 ， 经一番 查阅 分别选择了合适的。 因此 ，技术方面是可行的。 综合以上考虑经济和环保方面也是可行的。 3 划片机结构参数的初步设计及相关计算 片机主轴的参数的初步设计 12 要确定砂轮切割机的主轴参数，必须首先确定砂轮切割机刀片形式。砂轮划线机使用刀刃的外边缘（外径）实现切割，根据点的形式：硬刀和软刀。硬刀由刀片和法兰制成，软刀需要使用法兰夹紧。根据组合 片 片直 0基刀和树脂刀。对于晶圆在般 采用镍基硬刀。其中，镍基刀是其直径一般为 5013。此外，它具有寿命长，刀刃几何保持良好，精度高，切割质量高，可生产 基刀的厚度通常为 中选择 对于 50轴转速 通常 建议为 3万 r / 当然 也有一个最高转速，最 高 4 万 r / 此， 划片机 的主轴转速 最后 选了最高的。已经决定选择 砂轮 刀片用 电 主轴来驱动 ， 电主轴 可以 分为三大类， 我们主要 是利用它强大的磨削。 因为 划片是很强的磨削加工，所以 选择 电主轴要在磨削种类中选取。 选择国内 最 高 水准的空气静压电主轴， 它的 转速相当之高，最低可以达到40w r / 高 可以达到 50w r / 的运转 速度十分稳定， 因此 可以得到平稳的线速度 。他 还可以 长时间保持高精度， 满足 设计的划片 机要求 。 电主轴润 有三种 ，一般常用的是 油气 还要两 它们是 油脂 雾润滑。 油脂 . 润滑速度应较低 ; 油雾，油气润滑速度 高，但具有相应的润滑系统 择油气润滑 15。 对于上述选择的参数，可以选择专门用于生产高速切割机的洛阳轴研 型号 其中，速度 40000r / 率 压 220v，适用于具有高速主 动机参数的初步的设计 原动机是驱动机器完成预 电源。因为机器需 ， Y， Z， 四 片机 结构参数的初步设计及相关计算 10 个方向的不 以需要有四个原 据局部载荷不大，主要要求的特点是 分度，原动机采用步进电机。步进电机的 总位 输入 指令脉冲 平均速度与输入 16。同时，可以在其工作频带的运动状态下从一个运动状态稳定地切换到另一运动状态。在 X 方向，伺服 电机可用于实现精确位移，精确定位，伺服电机选择 松下生产交流伺服电机，额定转速 3000r / 定转速 00 s，其它 选用步进电机。片机 X 轴参数的初步设计 根据 X 400要求， 50线速度范围为 0 300 s; 线性导轨选择在银线性导轨上，两个直线导轨间距为140导程 为 5为精密 传动 丝杆，力小，采用类比法，根据以往的设计经验，确定螺杆的 公称直径 d = 20 片机轴参数的初步设计 轴驱动系统需要精确的分度，实现小分辨率，微调，这需要高传动比，因此轴驱动被识别为具有较大传动比的蜗轮蜗杆 传动 17。 转台： 120，转角 的最小分辨率 选 8。 片机 因为 用是驱动高 割进给运动，也就是说，根据单位尺 步运动。 在 X 轴完成往 Y 轴导轨 运行单位晶圆 完成下一个切割线。 行平稳，位移分辨率高，整个轨道的累积误差小（ 4m/ 400。 因此，为了满足使用要求，为了降低成本， Y 轴选择步进电机驱动，滚珠丝杠螺母机构为传动机构，螺杆有效行程 250初确定为 300线 5 导轨选择滚动直线导轨，导轨间距最初确定为 200度 600 片机 Z 轴系统是在划线过程中驱动高速主轴提升刀刀运动的过程中的作用。 Z 轴 驱动剪刀也上下升降，完成单元切片段切割。 确保晶片切割深度的一致性 18。 因此，为了满足精度要求，为了降低开发成本， 珠丝杠螺母机构作为进给机构，螺杆的有效行程为 100步确定为 150，先导初步 2 导轨初步选择滚动直线导轨，轨道宽度初始确定为 220度 300 11 4 划片机 X、 Y、 Z 轴机械结构具体设计 机械结构的设计及计算 伺服电机的选型 输送机的总质量 W=15 际摩擦系数 =械效率 = 螺距 速比 ， 。 则 0 1 5= 0 0 +=T L （ 2222L 2 . 04 （ 容量 侯 须满足下面 10L L 其中 电机额定惯性矩 ； 10是 进行高频定位时的系数 ； 电机额 全因子 ； 轴换算的负 计算得： 25M 因此 选择的伺服电机需要满足上面范围， 查询 选 ，发现松 伺服电机 参数为 0 很明显 它的 最大扭矩 m， 额 000 r/大转 000 r/以 动力源 伺服电机 滚珠丝杠的选型 (1) 确定滚珠丝杠的导程 松下的伺服电型号 是 的参数 如下3000r ,000r ， 00mm s 向的最大运动速度为 ,故丝杠导程为 4
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