集成电路塑封自动上料机机架部件设计及性能试验【优秀机械机电毕业设计论文】【A6046】
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集成电路
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性能
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实验
优秀
优良
机械
机电
电机
毕业设计
论文
a6046
- 资源描述：
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文档包括:
说明书一份,22页,18000字左右.
英文翻译一份.
任务书(4页)
开题报告(5页)
图纸共28张:
A0-装配图.dwg
A0-机架.dwg
A2-底板.dwg
A2-后右侧门.dwg
A2-后左侧门.dwg
A2-控制面板.dwg
A2-控制箱.dwg
A2-前固定门2.dwg
A2-右侧门.dwg
A2-左侧门.dwg
A2-左右侧固定门.dwg
A3-侧电器板.dwg
A3-隔板.dwg
A3-后电器板.dwg
A3-开关固定板.dwg
A3-开关固定侧板.dwg
A3-前固定门1.dwg
A3-前固定门开关座.dwg
A3-前上门.dwg
A3-前下门.dwg
A3-前右后左立柱1.dwg
A3-前左后右立柱2.dwg
A4-调节螺钉.dwg
A4-铰链.dwg
A4-拉手扣.dwg
A4-螺帽.dwg
A4-前门铰链.dwg
A4-上垫块.dwg
- 内容简介：
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南通大学毕业设计（论文） 1 译 文 机电一体化“一个研究生的视角” 摘要 近几十年来，一种新的工程技术伴随着工业的发展而产生，那即使逐渐被认知的机电一体化。这一技术的需求是由工业工程师首先提出，最终以一种不同的途径引导大学去设立机电一体化学位课程。问题是这么一个与传统工程学不同的学科如何去教。赫尔大学首创机电一体化教学方法。这一方法在传统的教学方法基础上重点发展。这一做法旨在彻底免除被动的概念理论学习方法，鼓励积极的学习态度。 1. 引言 随着更加先进的技术的发展，对新的工程方法的需求逐渐增加。事实明显的表明机电一体化正在 成为工业领域里最有影响的学科。正如大多数的新学科，预先培训的机电工程师并不存在，传统背景的工程师适应并伴随着机电一体化的发展而发展，从而形成机电一体化在工业领域的核心地位。尽管这一发展经历了一个很长的阶段，但学术界仍然充耳不闻，直到最近还是怀疑。在传统工程领域，这样一种与众不同的学科如何去教的问题仍然存在。面对机电一体化的教育问题，赫尔大学首创一种截然不同的方法，这一方法重点主要放在以传统理论为支柱，以实际应用工程为基础的项目上面。 本文旨在展示在这种教学方法下的机电一体化教学成效。分析是依据两位已经取得赫尔大学硕士学位的研究生的经历来写的。以教学技巧为基础的教学计划，其优缺点在早期阶段就很突出。还有这些经历展示了教学方法是如何影响传统学位课程方面的。本文也将要展示现有的工程学科相互连接是如何影响机电一体化的发展的。 2. 机电一体化的必要性 由于消费者对有创意的新产品需求不断增加，这带来了激励的市场竞争、产品生命周期缩短、生产设备的完善。工程产品的发展出现了惊人的速度。 南通大学毕业设计（论文） 2 先进的计算机、电子、机械技术使得产品设计朝更加精密化、复杂化和柔性化的水平发展。因此一台设备的机械部件、电子部件、计算机控制系统越来越 集成化和互补化。发展使工程学的传统方法的应用变的有限，对复合型工程师的需求越显突出。高效率和灵活性的市场经济表明传统公司高额管理费用正在变得不可接受且不经济。以前的计划经济再也跟不上时代的步伐和要求。当今市场需要的是灵活的产品设计和解决问题的方法，需要的是能快速回应市场的变化而有效率地利用市场资源。 为了在这个环境里生存，这就必要改进对工程学的认识来适应正在变化的经济。针对这些要求，一个新的工程技术在工业中形成。这种技术被称为机电一体化。 新的挑战需要新的思维，但由于大多数新兴学科的预机电工程师培训不存在， 传统背景的工程师很少能适应。在确定需要机电工程师的情况下，工业需要学术机构去履行一些培训尽管这一发展经历了很长阶段，但学术界仍然充耳不闻，直到最近还是怀疑。这一技术的需求是由工业工程师提出，最终以一种不同的途径引导大学去设立机电一体化学位课程。 3. 机电教学 因为机电教学的需求，一些大学尝试在他们的工程学院开设机电教学课程，要开设这样一个横跨传统学科界限的课程，给传统的工程部门带来了一些基本问题。首先，到底哪个学院开设这样的课程，或者就设立一个机电学科？其次开设这样一个涉及面广的课程，教些什么，什么时 候教最有利？最后如何教好这样一门与众不同的涉及面广的课程。 3 1机电课程开设在哪个学院 ? 不同于大多数的工程科目，机电一体化课程涉及机械工程、电子工程和计算机科学学科。当然这样一个新课程不可能设在其他自然学科里。因此，机电一体化专业倾向于设立在现有的电子或机械工程学院。这样的话，此课程往往会受到来在两个不同学院的控制，这是围绕学科设立课程的必然结果。教务处成了决定管理学科问题和教学方法应用的关键。这样的结果往往会彻底限制不同教育方法和学科的发展，阻碍新的方法论的发展。 在赫尔大学，这样的问题同样存在。新 课程设立初期很少有相关专业的学生加入，然而要承认的是一个彻底重组的教学大纲是进步所必需的。课程设在电子工程学院，其主要支援人员均来自电子和机械工程学院。为了让机电一体化学科能在传统的环境中成长，就有必要创造一个新的教学技巧。 南通大学毕业设计（论文） 3 3 2教些什么？ 和传统的学科相比，机电一体化的主旨并不明显。机电一体化系统的本质是要求去认识和理解大量的工程科目，涵盖电学、力学和计算。但是为了去满足学位课程的要求就必须去掌握足够详细的相关理论知识。这带来了学生需要大量的扩大知识面和要求学生提高专业知识的深度之间的矛盾日益突出。 科目的多样化使它无法提供涵盖所有专业知识的全面、低水平课程。这就使的科目的选择要相对集中，避免松散或空缺。为此必须确定机电一体化课程的核心理论。 机电一体化系统通常的定义为电子装置与机械驱动装置用相关软件有机结合成的控制系统，它具有功能性和灵活性。（如图 2） 随机电一体化系统的发展逐步产生了许多各种各样的机电装置。这些设备根据需求结合了许多技术。为了让工程师利用现有的技术，有必要先使他们能理解设备是怎样控制的。 赫尔大学的机电课程主要为控制部分的教学。课程主要模块涵盖电子、机械、计算机等科目。也有少部 分涉及一些非工程学科，如物理商业等。 3 3怎么教 ? 既然设立了这样一个与众不同的课程，那就需要去营造一个有利的环境去促进这个新理论向前发展。取消建立一个新学科部门而专门负责机电一体化，在传统的教学框架内去研究新的教学技巧和方法。 南通大学毕业设计（论文） 4 多数大学利用最传统的方法，在立足于现有的学科体系基础上另外特别发展机电一体化单元。课堂授课传授了大部分的知识，结构实验室培养了实际应用的能力。 为了让新理论在赫尔大学发展，赫尔大学正在尝试选择另一种教学方式。采取的战略是以在工业中对机电工程师的要求为引导。大多数学校在最后一年之 前都是把重点放在讲课上，很少注重学生的实践方面。与其它大学相比赫尔大学从第一年开始就注重学生的实践应用能力的培养。这样设置课程的主要目的是建立一个在教学的基础上主动学习多学科的氛围。让学生直接参与实际工程的挑战，是赫尔大学自创的独特的教学方法。然而对于至关重要的科目还是通过授课的方式教学，另外在学科的框架铺助于实验教学。 机电一体化实用性课程不同于传统的实验室练习，它的目标是解决大型问题，而非做一些预先设计好的动手练习。 课程设计旨在激发学生主动思考和创新精神。为了是让学生遇到问题时能寻求最佳的解决方案 。传统的实验练习提供一套清晰的实验步骤，只要一步步进行就能完成。 机电一体化课程安排了许多可能会遇到的各种问题，不会给你明确的目的和清晰、正确的解决问题的方法。在大多数情况下，最初的任务是去确定任务具体的性质和明确的工作目标。同样完成任务的方法留给学生自己去确定，指导老师只给学生一些引导。这样就可以教会学生当遇到陌生的问题时，自己要主动积极地去解决。从课程的一开始就引入这南通大学毕业设计（论文） 5 一观念能够使学生很快地去适应，从而在课程的实际工程授课期间教会学生工程思维。当学生明确自己任务的目标和任务完成的期限（给定的某一段时间）， 这就会激发学生努力地完成任务。 为了支持该学科的理论研究工作，学校提供了基础性的帮助而并没有直接指定某一特定课题。只提供所需的知识是为了让学生解决问题更灵活。在实际工作中会遇到很多障碍，其中大多数是很难去解决的，而且很难直接用理论知识去解决。因此学生在课程学习过程中要加深对知识的理解。 实践证明，机电工程和电子工程在实际应用过程中有一些共同点。这里有这样一个趋势，机电工程的学生常会推敲实验数据的正确性。电子工程师更多的关注的是解决问题的方法，机电一体化学生更偏向于整体考虑问题。 4. 课程结构 赫尔大学 机电一体化学科包括四年制硕士学位攻读和三年制学士学位攻读。贯穿整个教学纲领，学科的重点放在项目研究和相关的课程上面。在学科的前三年，优先是对理论知识的学习以更好地去提高学术知识的积累和工程思维能力的培养。在现阶段讲授较高的理论内容已经使学生能够调研并且决定他们想专门研究的领域。一个工程师所需求的大部分的知识和技能都能从课程安排的实际工作中学到。经过学科框架下安排的难易程度不同、内容详细、“及时”的课程的学习，能够使学生充分的吸取知识。课程的要求如图 1。 第一年主要是围绕两项课题进行的，其中包括设计、策划和制 造步行机器人。在第一学期每个学生各自都要根据设定的任务设计和制作带表演功能的步行机器人。另外还要制定设计的标准、预算和时间表。在第二学期学生每三人一组要根据更复杂的任务完成一个受计算机控制的带表演功能的机器人。该项目的说明书除了耗材和开销外没有给任何限定条件。评估采取一系列的报告和陈述形式。为了让学生更好的掌握工程理论，课程重点传授最基本的工程原理，这包含数学、模拟和数字电子、机电一体化的静、动态系统以及计算机编程。 在第二年里，重点转到被资助工业项目上，学生可以在那解决工业问题。学生可以和外面的公司合作去 解决一些工业问题。参与工业的教学能使学生获得一些实际工程运作的经验，以及如何用实际预算去解决实际工业问题。学科 结构被设计 成 合并支持的理论知识，开发 关于实际 工程学 的 专门技术 和 工程师要求的其他技能，例如项目管理、时间安排、控南通大学毕业设计（论文） 6 制 预算 和通信 。 项目由不同的阶段 的手写报告和 口头 陈述 组 成 ，强调管理和计划 的需要。受 支持 的课程发展了上一 年 的基本 理论并且提供更多专业 主题。受 支持 课程涵盖了 数学、机电 、伺服 系统 、 模式 数字 化 电子学、控制 系统 、机械系统 、 处理器 系统、 计算机编程 、环境工程学、光学电子和企业财务 ， 另外 还有 硬件或接口项目 。 第三年主要是基于高等课程内容和小型实验项目。实验室实验特别征对个人专业课程和界面 /电子硬件设计和建一能提供实习的方案。在这阶段，工程学学科理论学习同时通过实践对其不同范围的理解。 选择的范围可 根据学生的 专业 。 不同于传统学科 机械系的 学生可以有多种 选择 。 主题 可 不 相同，如： 工程材料、光学电子和控制 或者二者都选。 虽然专业化的水平 和 灵活性是 比不上 那 些 机械和电子 专业，但却能满足 学生他们的需要和兴趣 。这个 阶段 所教的学科有： 数学 、 机器 人 系统，图象处理 和 控制、 处理器建筑 、 料技术，计算机编程，环境工程学、光学电 子、制造业原则和 商业管理。 第四年进一步把基础课题的研究提升为涵盖电子工程学和机械工程学的专业课项目。除了对此课程的学习，所有的学生还要学习最后一年的专业课。此阶段的课程包括高级控制技术学，光电学，高级工程材料学，表面工程学，产品设计 /装配，机器人系统以及人机界面系统。 一开始前两年里，学生个人或组成的小组致力于不同范围的技术的研究，在这范围内正式教每名学生所有可利用的技术是不可能的。然而，在被创造的环境之内，由于同学之间相互影响，动态运作的文化演变了，他们能提供揭示彼此工作和一种基于小组的问题解决思想的倾 向。接近这个问题根本方法是不充足的理论背景分与被动学习理论的概念并且为了鼓励积极的教育态度去解决问题。在一个仔细地构想的项目之内，涵盖实践设计的关键地方不仅是可能的，而且创造的环境是最有效的工程解决办法，可以从所有特定工程学学科达到没有偏见。 为了维护基础项目的灵活性，在最初的前两年应运而生了一系列专业模块（机电一体化技术）。这些模块的建立给此项目的灵活性提供了一个指导和支持的机会。除了技术方面的因素，像报告的纂写。介绍以及相关的软件工具也都是不可少的。 大学里现有的学院提供了其它的课程资源。电子机械工程学 院提供了主要的教学资源，计算机科学学院，商学院和物理学院提供了非工程方面的教学资源。 5. 讨论与结论 南通大学毕业设计（论文） 7 在 赫尔大学机电 一体化 课程 正如所期望的那样是一门全新的与众不同的学科，与传统的课程相比其更趋向于小的吸收量。这使得该学科对电子和机械工程学院所提供的辅助课程有着更高的依赖性而不只是单纯地专注于模块制造。虽然机电一体化隶属于电子工程学院，但它却被看作是一个独立的能够对自身负责的实体。事实证明它既阻碍又有助于其课程的运作。由于 机电一体化研究项目的多学科性， 行政管理和组织方面的 计划偶尔也会变得复杂和举步维艰。 然而，课题研究人员愿意去应付那些因模块的移动所引发的各类问题。如果把机电一体化作为一个独立的实体看待，那么新的哲学和方法论将会有可能以它自身的步伐不断演进。 在教学人员的支持下从事该项目的实际研究而不是解决那些假设性的问题，让学生能够更好的看到他们的努力成效并且亦有助于培养学生更好的自力更生和独立意识。为了寻求解决问题的方案学生们必须通过研究来获取理论上的指导依据并把它们转化为实际操作中的物理模型。在运用理论方案来处理实际问题时，所做的理论研究工作的目的性应该是明确突的并且是可以被很好的理解的。当解决问题的 方案已经做出，它的真实有效性通过项目实施的成败来体现。不管项目实施的是否成功，都给学生提供了一个更好领会工程技术相关概念的机会并且能够让他们明了其在使用时的局限性。此项目的开展为学生提供了一个结构实验室和课题讲座所无法提供的学习环境。 机电一体化 专业 的学生往往 有着 不同 于那些学习 传统工程 的学生 的学习态度 。 他们更感兴趣的是 寻求 解决问题的办法 ,而非着眼于 像对 机械 工程 设计 这类 特定领域 的研究。以全局的观点去寻求解决问题的方法，而不是局限于对各个独立问题的解决。这样有利于培养学生解决问题的能力，而不是单纯的对传统理论的 理解。培养 创新理念而非 按部就班的按照 既定 的纯理论及其所涉及到的概念去解决问题 .。对于那些机电一体化专业的学生来说 ,他们具有更好的自我激励能力，并且能够不断地扩展所要面对的课题的边界 ,而不只是寻求最明显的解决现有问题的方法。 为了做到这一点 ，他们 就必须 从早期开始培养主动的学习和研究 问题的技能。 在赫尔大学展开的基于基础课题研究的创新性教学方法引导学生自主地培养更好的自我激励意识，同时也激发他们以工程的思想去思考问题而不是单纯地应付填鸭式的理论学习。对理论知识的实际应用使该教学方法的效果立竿见影。除了让学生掌握理 论知识，该方法还给产业教学技巧提供了一个工具，例如产业计划，预算和时间上的管理。同时还就如何操作工业工程给同学们了一些暗示。该课题所提供的灵活模块让学生按照互补的思维方式把他们的需求和兴趣相结合形成了一个更宽领域的特殊学科。 南通大学毕业设计（论文） 8 此学科的多样性和独立性特征涵盖了正式的和非正式的两个方面，从而引发了更大的工作量，因此要求学生有更大的奉献精神和自我激励意识。 经过详细的课程学习，学生对工程系统有了一个综合性的认识。因而他们能够从整体角度来思考问题而不是专注于某个具体的任务或课程，这使得工程师人员在工业和研究领域能够 灵活并适时地发挥他们的最大技能。 鸣谢 作者要感谢赫尔大学的肯斯卫富特和 詹姆斯吉尔伯特 ， 限公司的 约翰加拉格尔 和莎伦斯开特，还有 克兰菲尔德大学 的 格雷厄姆 耶锐特，感谢你们对这项工作的鼎立协助。 961031126679661117272698972558576778989548511410011610011197 101112111116105116104981079777841001059810111911597 9711611611510111699100100112102778411310411611611597 11211610110065 9711611677112971168511911610111110097 98115981161058411497971161001191169911111211697101979711197101211 809876731161001111011091151161161049810511010297 971161016597 116105115116115109116981111111161091051011001191161056511910911011511210110011010110111911610197971191161001111091161021161111051056511610011111197 1121111169711911411111111511711411311410411611611597 11211610110065 97116116494997971106645 102109211 809883761111091191059772858497112109101111112981121011159811297116115116101111116771191168497105981111161011111161031191141001057797728584979710011197 981161161029710197104104116101105116971111161001127398115104116108116101101100104111971151111091018411010277991001021051101121049997 1099711911511210899971051091021161001111011121041119797114105991019710911610410111698100119105100111115996597 11610910197999911597 104981091059710967971111169711610110598971161101021091011059810997101175116971169810911611699111999899979811797841141159799111121981101081071171191161009711211111610911217710511010597 9711611210097112115111114991051141161161099710111711110511411111611510511610110510598110971161151119811997 971161017311411610097 10111211911610511997116110771109911211611010211011698971191091101127710110011010110111911698115116977210511611010277101105971051161021151111166511610011111197 112111116116119114111111115117114841001059810111911597 97116116115117116991001001121021017866796647 4949847710111611010211610997 1111171161051051051161011157311597 119991161009810597 10110011411510210570101119115104111116991119997 100989983119115971141111011151191159811697971191151051097011611311410411611611597 11211597 11411110011587115100105981161091011157710511010598101101101111991151001169911197 1001099810610011611611711110511611697101100 南 通 大 学 毕业设计（论文）任务书 题目： 集成电路塑封自动上料机 机架部件 设计及性能试验 学生姓名 王 金 权 学 院 机械工程学院 专 业 机械工程及自动化 班 级 机 03（ 5） 学 号 0341137W 起讫日期 2007年 3月 31 日 月 20日 指导教师 姚兴田 职称 副教授 发任务书日期 2007 年 3 月 31 日 课题的内容和要求 （研究内容、研究目标和解决的关键问题） 研究内容： 本课题结合纵向科研项目“集成电路塑封自动上料机研制”研究需要，进行集成电路芯片塑料封装自动上料系统的机架部件设计及性能试验。自动上料系统主要有料片传送部件、料片自动排片部件、工控机系统及传感检测系统等组成。 研究目标： （ 1）提高学生综合运用多学科的理论、知识和技能进行系统设计的能力； （ 2）使学生掌握工程设计的程序、方法，提高工程设计计算、图纸绘制、实验研究 及分析解决工程实际问题的能力； （ 3）培养学生严肃认真的科学态度和严谨求实的工作作风，树立正确的工程意识。 关键问题： （ 1）上料机机架部件结构设计； （ 2）上料机系统部分性能试验。 课题的研究方法和技术路线 查阅相关技术资料确定课题总体技术方案上料机机架部件结构设计 上料机系统部分性能试验。 基础条件 学生具备机械设计、传感检测技术、电气控制技术、机电一体化系统设计等知识。 课题组已在手工 上料机械的基础上开展了有关前期预研工作。 拥有相关技术资料。 参考文献 1、 俞忠钰 展我国半导体封装业 J. 电子工业专用设备 ,2005,128:1、 高尚通 . 跨世纪的微电子封装 J. 半导体情报 ,2000,37(6):1、张蜀平 ,郑宏宇 . 电子封装的新发展 J， 2004， 4（ 1） :3、 . 1995,40:147、 A of . 997(9):54 、 of 98. 1998:67、张建萍 . J. 电子 工业专用设备 ,2001,30(4):41、 杨恩江 . 环境与静电对集成电路封装过程的影响 J. 电子电路与贴装 ,2004,(3):53、 刘延杰 ,孙立宁 ,孟庆鑫 ,祝宇虹 ,刘新宇 . 面向芯片封装的新型高速高精度平面定位机构研究 J. 工具技术 ,2005,39(5):190、张伟锋 标设备的自动上料技术分析 J. 电子工业专用设备，2004,118:55课题必须完成的任务 1、查阅相关文献 15 篇以上； 2、翻译英文资料 1 份； 3、撰写开题报告； 4、上料机机架 部件结构设计，画出装配图、零件图； 5、上料机系统部分性能试验，撰写试验报告； 6、撰写毕业设计说明书。 成果形式 1、毕业设计说明书（字数不少于 1 万字）； 2、英文翻译资料 1 份（字数不少于 5000 字符）； 3、图纸（不少于 2 张 图纸）； 4、毕业设计资料光盘。 进度计划 起讫日期 工作内容 备 注 3 月 31 日 4 月 8 日 查阅资料，翻译英文文献，撰写开题报告 4 月 9 日 4 月 15 日 确定总体技术方案 4 月 16 日 5 月 13 日 上料机机架部件结构设计 5 月 14 日 6 月 3 日 上 料机系统部分性能试验 6 月 4 日 6 月 17 日 撰写毕业设计说明书 6 月 18 日 6 月 20 日 准备毕业设计答辩 教 研 室 审核意见 教研室主任签名： _ _年 _月 _日 学院意见 教学院长签名： _ _年 _月 _日 南通大学本科生毕业设计（论文）开题报告 学生姓名 王金权 学 号 0341137W 专 业 机械工程及自动化 课题名称 集成电路塑封自动上料机机架部件设计及性能试验 阅读文献 情 况 国内文献 12 篇 开题日期 2007 年 4 月 9 日 国外文献 5 篇 开题地点 基 301（ W） 一、文献综述与调研报告：（阐述课题研究的现状及发展趋势，本课题研究的意义和价值、参考文献） 课题研究的现状及发展趋势 集成电路（ 现代信息产业和信息社会的基础，是改造和提升我 国传统产业的核心技术1。近年来，我国集成电路产业发展迅猛，已成为国家经济发展的主要驱动力量之一。在构成集成电路产业的三大支柱 (之中， 年来，我国 份额；从某种意义上讲，我国集成电路产业是从 实证明这是一条符合我国国情的发展道路。目前，全球 我国集成电路产业的发展提供了一次难得的发展机遇 2。 当 人类进人一个新千年的时候，蓬勃发展的计算机、通讯、汽车电子和其它消费类系统对 高性能、高可靠、多功能、小型化、薄型化、便携式及低成本。 3。在迎接这一挑战中，世界的集成电路封装得到了空前的发展。随着集成电路的发展，芯片封装技术也一直追随着集成电路的发展而发展。一代集成电路就有相应一代的封装技术相配合 4。 集成电路封装技术的发展历史可划分为 3 个阶段 5第一阶段 (20 世纪 70 年代之前 )，以通孔插装型封装为主；典型的封装形式包括最初的金属圆形 ( )封装，以及后来的陶瓷双列直插封装 (陶瓷一玻璃双列直插封装 (塑料双列直插封装 (。第二阶段 (20 世纪80 年代以后 )，从通孔插装型封装向表面贴装型封装的转变。从平面两边引线型封装向平面四边引线型封装发展。表面贴装技术被称为电子封装领域的一场革命，得到迅猛发展。第三阶段 (20世纪 90 年代以后 )，集成电路发展进入超大规模集成电路时代，特征尺寸达到 要求集成电路封装向更高密度和更高速度方向发展。 目前，世界集成电路封装正在呈现下述快速发展趋势：（ 1）为适应超大规模集成电路向着高 密度、高 I O 数方向的发展需求， 装正在从四边引线封装形式 (向球栅阵列封装形式 (转变，信号传输由微型焊球代替传统的金属丝引线，信号输出由平面阵列方式代替传统的四边引线方式。这是由两边引线向四边引线、由通孔插装向表面贴装为代表的第二次 装的革命性技术变革后的第三次技术变革。（ 2）为适应快速增长的以手机、笔记本电脑、平板显示等为代表的便携式电子产品的需求， 装正在向着微型化、薄型化、不对称化、低成本化方向发展。（ 3）为适应人们日益高 涨的绿色环保要求，集成电路封装正在向着无铅化、无溴阻燃化、无毒低毒化方向快速发展，这对传统的 装及其封装材料提出了严峻的挑战。 全球集成电路封装正在按照既定的规律，蓬勃地向前发展，呈现出 8 个发展方向：（ 1）向着高密度、多 I O 数方向发展；（ 2 ）向着提高表面贴装密度方向发展；（ 3）向着高频、大功率方向发展；（ 4）向着薄型化、微型化、不对称化、低成本化方向发展；（ 5）从单芯片封装向多芯片封装发展；（ 6）从两维平面封装向三维立体封装方向发展；（ 7）向着系统封装 (方向发展；（ 8）向着绿色环保化方向发 展。 随着电子工业和集成电路产业的迅猛发展，使集成电路封装业的市场规模越来越大，对集成电路封装设备的自动化程度和技术含量也提出了更高的要求 11。另外半导体集成电路在封装过程中，环境因素和静电因素对 12。随着 染控制、环境保护和静电防护技术就越来越影响或制约微电子技术的发展。因此，在集成电路生产、封装中的前后道各工序对生产环境提出了更高要求，不仅仅要保持一定的温、湿度、洁净度，还需要对静电防护引起足够的重视。为了解决这些问题，除了通过严格和苛刻的净化 、管理生产车间，在 重要的还是尽可能的减少人为因素对生产过程的影响，用自动化设备代替人力在生产过程中的参与。这样既可减少环境对集成电路生产封装的影响，又可提高生产效率。而 芯片封装是 导体制造工艺的快速进步和市场对微小芯片的急切需求，对芯片封装设备的定位精度和运动速度、加速度提出了极高的要求 13。 本课题研究的意义和价值 本课题主要进行集成电路芯片塑料封装自动上料系统 机架部件 的设计及性能试 验。研制自动上料系统，可代替手工上料，填补手工上料在集成电路芯片封装生产工艺上的不足。 就目前国内外关于集成电路封装的文献表明，技术水平上，尽管我国集成电路产业在近几年有了快速的发展，但在总体上与发达国家相比，还存在很大的差距 14。就半导体生产设备而言，主要还依靠进口，另外在国内封装生产线上 15。在市场方面，南通富士通、江苏 长电、四川乐山无线电公司等国内大型封装企业国内封装企业迅速发展，跨国半导体企业继续将封装测试基地转移到国内，专家预测今后几年中国集成电路市场将以每年 30%左右的增长速度增长，到 2009年市场规模将达到 9475亿元 16面对蓬勃发展的 对中国巨大的市场需求，本课题研制的集成电路塑封自动上料机将具有广阔的应用前景和市场价值。 参考文献 1 于燮康 先发展、努力做大做好半导体封装产业 J. 电子工业专用设备 ,2003,(107):42 范琳 . 微电子封装技术与聚合物封装材料的发展趋势 J. 新材料产业 , 2005, (8 ): 393 高尚通 . 跨世纪的微电子封装 J. 半导体情报 ,2000,37(6):14 梁红兵 追随 J2002:22 5 张蜀平 ,郑宏宇 . 电子封装的新发展 J， 2004， 4（ 1） :36 . 1995,40:1477 . 2000,23(2):918 A of . 997(9):549 . of 96. 1996:2010 of 98. 1998:611 张建萍 . J. 电子工业专用设备 ,2001,30(4):4112 杨恩江 . 环境与静电对集成电路封装过程的影响 J. 电子电路与贴装 ,2004,(3):5313 刘延杰 ,孙立宁 ,孟庆鑫 ,祝宇虹 ,刘新宇 J. 工具技术 ,2005,39(5):1914 关白玉 集成电路与专用设备发展状况 J造技术， 2004,29(3):5415 张伟锋 标设备的自动上料技术分析 J. 电子工业专用设备， 2004,118:5516 俞忠钰 J. 电子工业专用设备 ,2005,128:117 龙乐 电子与封装 J， 2003,3(9):6二、本课题的基本内容，预计解决的难题 基本内容 本课题结合纵向科研项目“集成电路塑封自动上料机研制”研究需要，进行集成电路芯片塑料封装自动上料系统的机架部件设计及性能试验。系统主要有料片传送部件、料片自动排片部件、工控机系统及传感检测系统等组成。 预计解决的难题 （ 1） 上料机机架部件结构设计 （ 2） 上料机系统部分性能试验 三、课题的研究方法、技术路线 查阅相关技术资 料确定课题总体设计方案上料机机架部件结构设计上料机系统部分性能试验。 四、研究工作条件和基础 课题组已在手工上料机械的基础上开展了有关前期预研工作 计算机 相关技术资料 五、计划进度 起讫日期 工作内容 3 月 31 日 4 月 8 日 查阅资料，翻译英文文献，撰写开题报告 4 月 9 日 4 月 15 日 确定总体设计方案 4 月 16 日 5 月 13 日 上料机机架部件结构设计 5 月 14 日 6 月 3 日 上料机系统部分性能试验 6 月 4 日 6 月 17 日 撰写毕业设计说明书 6 月 18 日 6 月 20 日 准备毕业设计答辩 指 导 教 师 评 语 导师签名： 年 月 日 教 研 室 意 见 教研室主任签名： 年 月 日 学院 意见 通过开题（ ） 开题不通过（ ） 教学院长签名： 年 月 日 摘 要 本课题结合纵向科研项目“集成电路塑封自动上料机研制”研究需要，首先进行了课题总体技术方案设计，然后进行了集成电路芯片塑料封装自动上料系统的机架部件结构设计及性能试验方案的拟定。自动上料系统的研制实现了集成电路塑封的自动化，该系统适用于 系列集成电路芯片的塑封生产，可显著提高生产效率及产品质量。自动上料系统主要由料片传送部件、料片自动排片部件、工控机系统、传感检测系统及上料机机架部件等组成。 上料机机架部件采用钣金结构制造，结构简单 且 使用方便。 上料机机架部件作为上料 机一个重要的基础结构 部件，起到支撑工作台、 安装和保护电子设备内部各种电路单元、电气元器件等重要元件的作用。 关键词 ： 集成电路，塑封，上料，自动化，机架部件 on of C on An of be to OP O be of so of is to as an of it a in of 目 录 摘 要 . 1 . 2 第一章 绪 论 . 1 题研究的现状及发展趋势 . 错误 !未定义书签。 题研究的基本内容 . 2 题研究的意义和价值 . 2 第二章 集 成电路封装概述 . 4 成电路 . 4 念 . 4 型 . 4 成电路在我国的发展状况 . 5 成电路 封装 . 5 装的发展 . 5 料封装 . 7 境因素对封装的影响 . 7 装设备 . 9 成电路芯片塑料封装设备 . 9 内外集成电路塑封设备的概况 . 10 电一体化系统（产品）的设计 . 10 第三章 上料机系统设计 . 12 统总体设计 . 12 成电路塑封上料的技术要求及其指标 . 12 统组成及工作过程 . 12 统特点 . 14 料机机架部件结构设计 . 14 架部件设计准则 . 14 架部件结构设计 . 15 能试验方案拟定 . 17 第四章 结论与展望 . 20 参考文献 . 21 致 谢 . 22 本 科 毕 业 设 计 题 目 集成电路塑封自动上料机机架部件设计及性能试验 作 者 ： 王金权 学科专业 ： 机械工程及自动化 指导教师 ： 姚兴田 完成日期 ： 2007 年 6 月 原 创 性 声 明 本人声明：所呈交的论文是本人在导师指导下进行的研究成果。除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已发表或撰写过的研究成果。参与同一工作的其他同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中 作了明确的说明并表示了谢意。 签 名： 日 期： 南通大学机械工程学院 2007 年 06 月 题目 ： 集成电路塑封自动上料机机架部件设计及性能试验 姓 名： 王金权 指导教师： 姚兴田 学科专业： 机械工程及自动化 南 通 大 学 毕 业 设 计（论文） 南通大学 毕业设计（论文） I 摘 要 本课题结合纵向科研项目“集成电路塑封自动上料机研制”研究需要，首先进行了课题总体技术方案设计，然后进行了集成电路芯片塑料封装自动上料系统的机架部件结构设计及性能试验方案的拟定。自动上料系统的研制实现了集成电路塑封的自动化，该系统适用于 系列集成电路芯片的塑封生产，可显著提高生产效率及产品质量。自动上料系统主要由料片传送部件、料片自动排片部件、工控机系统、传感检测系统及上料机机架部件等组成。 上料机机架部件采用钣金结构制造，结构简单 且 使用方便。 上料机机架部件作为上料机一个重要的基础结构 部件，起到支撑工作台、 安装和保护电子设备内部各种电路单元、电气元器件等重要元件的作用。 关键词 ： 集成电路，塑封，上料，自动化，机架部件 南通大学毕业设计（论文） on of C on An of be to OP O be of so of is to as an of it a in of 南通大学毕业设计（论文） 录 摘 要 . I . 一章 绪 论 . 1 题研究的现状及发展趋势 . 1 题研究的基本内容 . 2 题研究的意义和价值 . 2 第二章 集 成电路封装概述 . 4 成电路 . 4 念 . 4 型 . 4 成电路在我国的发展状况 . 5 成电路 封装 . 5 装的发展 . 5 料封装 . 7 境因素对封装的影响 . 7 装设备 . 9 成电路芯片塑料封装设备 . 9 内外集成电路塑封设备的概况 . 10 电一体化系统（产品）的设计 . 10 第三章 上料机系统设计 . 12 统总体设计 . 12 南通大学毕业设计（论文） 集成电路塑封上料的技术要求及其指标 . 12 统组成及工作过程 . 12 统特点 . 14 料机机架部件结构设计 . 14 架部件设计准则 . 14 架部件结构设计 . 15 能试验方案拟定 . 17 第四章 结论与展望 . 20 参考文献 . 21 致 谢 . 22 南通大学毕业设计（论文） 1 第一章 绪 论 题研究的现状及发展趋势 集成电路（ 现代信息产业和信息社会的基础，是改造和提升我国传统产业的核心技术。近年来，我 国集成电路产业发展迅猛，已成为国家经济发展的主要驱动力量之一。在构成集成电路产业的三大支柱 (之中， 年来，我国 0%的份额；从某种意义上讲，我国集成电路产业是从 实证明这是一条符合我国国情的发展道路。目前，全球 我国集成电路产业的发展提供了一次难得的发展机遇。 当人类进人一个新千年的时候，蓬勃发展的计算机、 通讯、汽车电子和其它消费类系统对 高性能、高可靠、多功能、小型化、薄型化、便携式及低成本。 迎接这一挑战中，世界的集成电路封装得到了空前的发展。随着集成电路的发展，芯片封装技术也一直追随着集成电路的发展而发展。一代集成电路就有相应一代的封装技术相配合。 集成电路封装技术的发展历史可划分为 3 个阶段。第一阶段 (2 0 世纪 7 0 年代之前 )，以通孔插装型封装为主；典型的封装形式包括最初的金属圆形 (T O 型 )封装，以及后来的陶瓷双列直插封装 (C D I P)、陶瓷 一玻璃双列直插封装 (C e r D I P)和塑料双列直插封装 (P D I P)等。第二阶段 (2 0 世纪 8 0 年代以后 )，从通孔插装型封装向表面贴装型封装的转变。从平面两边引线型封装向平面四边引线型封装发展。表面贴装技术被称为电子封装领域的一场革命，得到迅猛发展。第三阶段 (2 0 世纪 9 0 年代以后 )，集成电路发展进入超大规模集成电路时代，特征尺寸达到 要求集成电路封装向更高密度和更高速度方向发展。 目前，世界集成电路封装正在呈现下述快速发展趋势：（ 1）为适应超大规模集成电路向着 高密度、高 I O 数方向的发展需求， 装正在从四边引线封装形式 (Q F P T Q F P )向球栅阵列封装形式 (B G A C S P )转变，信号传输由微型焊球代替传统的金属丝引线，信号输出由平面阵列方式代替传统的四边引线方式。这是由两边引线向四边引线、由通孔插装向表面贴装为代表的第二次 装的革命性技术变革后的第三次技术变革。（ 2）为适应快速增长的以手机、笔记本电脑、平板显示等为代表的便携式电子产品的需求， 文） 2 封装正在向着微型化、薄型化、不对称化、低成本化方向发展。（ 3）为适应人们日益高涨的绿色环 保要求，集成电路封装正在向着无铅化、无溴阻燃化、无毒低毒化方向快速发展，这对传统的 装及其封装材料提出了严峻的挑战。 全球集成电路封装正在按照既定的规律，蓬勃地向前发展，呈现出 8 个发展方向：（ 1）向着高密度、多 I O 数方向发展；（ 2 ）向着提高表面贴装密度方向发展；（ 3）向着高频、大功率方向发展；（ 4）向着薄型化、微型化、不对称化、低成本化方向发展；（ 5）从单芯片封装向多芯片封装发展；（ 6）从两维平面封装向三维立体封装方向发展；（ 7）向着系统封装 (S l P )方向发展；（ 8）向着绿色环保化方向发展。 题研究的基本内容 本课题结合纵向科研项目“集成电路塑封自动上料机研制”研究需要，首先进行了 课题总体技术方案设计，然后 进行集成电路芯片塑料封装自动上料系统的机架部件结构设计及性能试验方案的拟定。系统主要有料片传送部件、料片自动排片部件、工控机系统及传感检测系统等组成。 为实现集成电路芯片塑封的自动化，设计了自动上料系统。该系统采用多运动同步控制技术实现料片传送、料片排放及料片预热的自动控制；采用大导程滚珠丝杆副和高分辨率伺服系统保证机械手的快速精确定位；采用柔性流道结构，适应不同规格集成电路料片的自动上料； 并基于 发了专用工控软件。该系统适用于 O 等系列集成电路芯片的塑封生产，可显著提高生产效率及产品质量。 基本研究设计内容包括： （ 1）课题总体技术方案设计； （ 2）上料机机架部件结构设计； （ 3）上料机系统部分性能试验。 题研究的意义和价值 随着电子工业和集成电路产业的迅猛发展，使集成电路封装业的市场规模越来越大，对集成电路封装设备的自动化程度和技术含量也提出了更高的要求。另外半导体集成电路在封装过程中，环境因素和静电因素对 装方面的影响较大。随着 集 成度和复杂性越来越高，污染控制、环境保护和静电防护技术就越来越影响或制约微电子技术的发展。因此，在集成电路生产、封装中的前后道各工序对生产环境提出了更高要求，不仅仅要保持一定的温、湿度、洁净度，还需要对静电防护引起足够的重视。为了解决这些问题，除了通过严格和苛刻的净化、管理生产车间，在 加工生产和封装过程中建立起静电防南通大学毕业设计（论文） 3 护系统等措施外，最重要的还是尽可能的减少人为因素对生产过程的影响，用自动化设备代替人力在生产过程中的参与。这样既可减少环境对集成电路生产封装的影响，又可提高生产效率。而 芯片封装是 造过 程中影响微电子产品的生产效率和性能质量的关键环节之一。半导体制造工艺的快速进步和市场对微小芯片的急切需求，对芯片封装设备的定位精度和运动速度、加速度提出了极高的要求。 本课题主要进行集成电路芯片塑料封装自动上料系统的设计及性能试验。研制集成电路芯片塑料封装自动上料系统，可代替手工上料，填补手工上料在集成电路芯片封装生产工艺上的不足。 就目前国内外关于集成电路封装的文献表明，技术水平上，尽管我国集成电路产业在近几年有了快速的发展，但在总体上与发达国家相比，还存在很大的差距。就半导体生产设备而言，主要还依靠进口， 另外在国内封装生产线上 装设备的自动化程度参差不齐。在市场方面，南通富士通、江苏长电、四川乐山无线电公司等国内大型封装企业国内封装企业迅速发展，跨国半导体企业继续将封装测试基地转移到国内，专家预测今后几年中国集成电路市场将以每年 30%左右的增长速度增长，到 2009 年市场规模将达到 9475 亿元。面对蓬勃发展的 装业，面对中国巨大的市场需求，本课题研制的集成电路塑封自动上料机将具有广阔的应用前景和市场价值。 南通大学毕业设计（论文） 4 第二章 集成电路封装概述 成电路 概念 集成电路（ 通常简称 ,又称为集成电路。是指将很多微电子器件集成在芯片上的一种高级微电子器件。通常使用硅为基础材料，在上面通过扩散或渗透技术形成 型半导体及 P 成电路是采用半导体制作工艺，在一块较小的单晶硅片上制作上许多晶体管及电阻器、电容器等元器件，并按照多层布线或遂道布线的方法将元器件组合成完整的电子电路。 类型 （ 1）按功能结构分类 集成电路按其功能、结构的不同，可以分为模拟集成电路和数字集成电路两大类。 模拟集 成电路用来产生、放大和处理各种模拟信号（指幅度随时间边疆变化的信号。例如半导体收音机的音频信号、录放机的磁带信号等），而数字集成电路用来产生、放大和处理各种数字信号（指在时间上和幅度上离散取值的信号。例如 （ 2）按制作工艺分类 集成电路按制作工艺可分为半导体集成电路和薄膜集成电路。 膜集成电路又分类厚膜集成电路和薄膜集成电路。 （ 3）按集成度高低分类 集成电路按集成度高低的不同可分为小规模集成电路、中规模集成电路、大规模集成电路和超大规模集成电路。它是以内含 晶体管等电子组件的数量来分类。 小型集成电路 )，晶体管数 10 100 中型集成电路 )，晶体管数 100 1,000 大规模集成电路 )，晶体管数 1,000 10,0000 超大规模集成电路 )，晶体管数 100,000 （ 4）按导电类型不同分类 集成电路按导电类型可分为双极型集成电路和单极型集成电路。 双极型集成电路的制作工艺复杂，功耗较大，代表集成电路有 通大学毕业设计（论文） 5 极型集成电路的制作工艺简 单，功耗也较低，易于制成大规模集成电路，代表集成电路有 （ 5）按用途分类 集成电路按用途可分为电视机用集成电路、音响用集成电路、影碟机用集成电路、录像机用集成电路、电脑（微机）用集成电路、电子琴用集成电路、通信用集成电路、照相机用集成电路、遥控集成电路、语言集成电路、报警器用集成电路及各种专用集成电路。 集成电路 在我国的发展状况 现代发达国家经济发展的重要支柱之一 集成电路 (以下称 业发展十分迅速。 自从 1958年世界上第一块 别 是近 20年来，几乎每隔 2 3年就有一代产品问世，至目前，产品以由初期的小规模 C。 集成电路是现代信息产业和信息社会的基础，是改造和提升我国传统产业的核心技术。 近年来，我国集成电路产业发展迅猛，已成为国家经济发展的主要驱动力量之一。在构成集成电路产业的三大支柱（ 集成电路设计、集成电路制造和集成电路封装）之中，集成电路封装在推进我国集成电路产业快速发展过程中起到了重要的作用；多年来，我国集成电路封装的销售额在国家整个集成电路产业中一直占有 7 0 % 的份额；从某种意义上讲，我国集成电 路产业是从集成电路封装开始起家的，事实证明这是一条符合我国国情的发展道路。目前，全球集成电路封装技术已经进入第三次革命性的变革时期，对我国集成电路产业的发展提供了一次难得的发展机遇。 集成电路作为信息产业的基础和高新技术产业的核心，已被列为国家重点发展的领域。尤其是国务院 18号文的颁布实施，为我国半导体 (集成电路、分立器件 )的封装产业创造了良好的政策环境。我们又迎来了封装产业大发展的大好时机。 集成电路 封装 封装的发展 集成电路封装技术的发展历史可划分为 3 个阶段。 第一阶段（ 2 0 世纪 7 0 年代之前），以通孔插装型封装为主；典型的封装形式包括最初的金属圆形 ( T O 型 ) 封装，以及后来的陶瓷双列直插封装 ( C D I P ) 、陶瓷 - 玻璃双列直插封装 ( C e r D I P ) 和塑料双列直插封装 ( P D I P ) 等；其中的 P D I P ，由于其性能优良、成本低廉，同时又适于大批量生产而成为这一阶段的主流产品。 第二阶段（ 2 0 世纪 8 0 年代以后），从通孔插装型封装向表面贴装型封装的转变，南通大学毕业设计（论文） 6 从平面两边引线型封装向平面四边引线型封装发展。表面贴装技术被称为电子封装领域 的一场革命，得到迅猛发展。与之相适应，一些适应表面贴装技术的封装形式，如塑料有引线片式载体（ P L C C）、塑料四边引线扁平封装（ P Q F P）、塑料小外形封装（ P S O P）以及无引线四边扁平封装（ P Q F N）等封装形式应运而生，迅速发展。其中的 P Q F P，由于密度高、引线节距小、成本低并适于表面安装，成为这一时期的主导产品。 第三阶段（ 2 0 世纪 9 0 年代以后），集成电路发展进入超大规模集成电路时代，特征尺寸达到 求集成电路封装向更高密度和更高速度方向 发展。因此，集成电路封装的引线方式从平面四边引线型向平面球栅阵列型封装发展，引线技术从金属引线向微型焊球方向发展。在此背景下，焊球阵列封装（ B G A ）获得迅猛发展，并成为主流产品。 B G A 按封装基板不同可分为塑料焊球阵列封装（ P B G A ），陶瓷焊球阵列封装（ C B G A ），载带焊球阵列封装（ T B G A ），带散热器焊球阵列封装 ( E B G A )，以及倒装芯片焊球阵列封装（ F C - B G A ）等。为适应手机、笔记本电脑等便携式电子产品小、轻、薄、低成本等需求，在 B G A 的基 础上又发展了芯片级封装（ C S P ）； C S P 又包括引线框架型 C S P 、柔性插入板 C S P 、刚性插入板 C S P 、圆片级 C S P 等各种形式，目前处于快速发展阶段。同时，多芯片组件（ M C M）和系统封装（ S i P ）也在蓬勃发展，这可能孕育着电子封装的下一场革命性变革。 M C M 按照基板材料的不同分为多层陶瓷基板 M C M（ M C M - C）、多层薄膜基板 M C M（ M C M - D）、多层印制板 M C M - L）和厚薄膜混合基板 ）等多种形式。 S i P 是为整机系统小型化的需要，提高集成电路功能和密度而发展起来的。 S I P 使用成熟的组装和互连技术，把各种集成电路如 C M O G a A S i G e 电路或者光电子器件、 M E M S 器件以及各类无源元件如电阻、电容、电感等集成到一个封装体内，实现整机系统的功能。 目前，全球集成电路封装正在按照既定的规律蓬勃地向前发展，呈现出 8个发展方向： （ 1） 向着高密度、多 I / O 数方向发展； （ 2） 向着提高表面贴装密度方向发展； （ 3） 向着高频、大功率方向发展； （ 4） 向着薄 型化、微型化、不对称化、低成本化方向发展； （ 5） 从单芯片封装向多芯片封装发展； （ 6） 从两维平面封装向三维立体封装方向发展； （ 7） 向着系统封装（ S I P ）方向发展； （ 8） 向着绿色环保化方向发展。 南通大学毕业设计（论文） 7 目前，世界集成电路封装正在呈现下述快速发展趋势： （ 1）为适应超大规模集成电路向着高密度、高 I Q F P T Q F P)向球栅阵列封装形式 (B G A C S P)转变，信号传输由微型焊球代替传统的金属丝引线，信号输出由平面阵列方式代替传统的四边引线 方式。这是由两边引线向四边引线、由通孔插装向表面贴装为代表的第二次 （ 2）为适应快速增长的以手机、笔记本电脑、平板显示等为代表的便携式电子产品的需求， 型化、不对称化、低成本化方向发展。 （ 3）为适应人们日益高涨的绿色环保要求，集成电路封装正在向着无铅化、无溴阻燃化、无毒低毒化方向快速发展，这对传统的 塑料封装 在集成电路产业链中，电路设计、芯片制造、封装测试等多业并举，相互依存。封装作为 集成电路生产中极为重要的后道工序。集成电路的封装成型工艺有金属封装、陶瓷封装、玻璃封装和塑料封装。塑料封装（简称塑封）就是用塑封料把支撑集成电路芯片的引线框架、集成电路芯片和键合引线包封起来，从而在裸露的集成电路芯片外表面形成塑封体，保护芯片免受机械应力热应力、湿气、有害气体及外部环境的影响，保证集成电路最大限度地发挥其电学特性。金属陶瓷玻璃封装具有良好的气密性，是早期主要的封装成型工艺。上世纪 60年代塑料封装的出现改变了集成电路封装成型工艺的现状，由于塑料封装制造成本只有同类其他封装的 1/31/10，同 时上世纪 80年代后，高纯度、低应力的塑封材料，高质量的芯片钝化、芯片粘接、内涂覆材料、引线键合、加速筛选工艺及自动模制等新材料、新工艺、新技术有了长足的进步，使得塑封集成电路的可靠性逐步赶上金属封装和陶瓷封装，因此塑料封装成了目前集成电路的主流封装成型工艺，塑封集成电路的市场占有率达到 90%以上。 塑封操作过程为：首先，将引线框架、集成电路芯片和键合引线构成的料片配置在加热的塑封模下模内；然后合模，在压机上将塑封料注入模具并固化；最后，卸模，将流道塑封料与料片分离。料片置入塑封模的过程成为上料，上料是极其重 要的一个工序。上料的位置精度决定芯片在塑封体内的位置，上料的时间影响塑封的生产效率，特别是在上料过程中要避免人手的直接接触，否则易造成芯片污染，影响成品的电学特性，同时易引起键合引线变形，甚至折断，影响成品合格率。 环境因素对封装的影响 南通大学毕业设计（论文） 8 随着集成电路的集成度和复杂性越来越高，污染控制、环境保护和静电防护技术就越来越影 响或制约微电子技术的发展。同时，随着我国国民经济的持续稳定增长和生产技术的不断创新发展，生产工艺对生产环境的要求越来越高。大规模和超大规模 要求，不仅仅要保持一定的温、湿度、洁净度，还需要对静电防护引起足够的重视。 在半导体集成电路生产中，封装形式由早期的金属封装或陶瓷封装逐渐向塑料封装方向发展。塑料封装业随着 中国半导体信息网对我国国内 28家重点 2001年那年就为 中 95 以上的 所周知，封装业属于整个 该过程中，对于塑封 合 C，主要有晶圆减薄 (磨片 )、晶圆切割 (划片 )、上芯 (粘片 )、压焊 (键合 )、 封装 (包封 )、前固化、电镀、打印、后固化、切筋、装管、封后测试等等工序。各工序对不同的工艺环境都有不同的要求。工艺环境因素主要包括空气洁净度、高纯水、压缩空气、二氧化碳气体、氮气、温度、湿度等等。对于减薄、划片、上芯、前固化、压焊、包封等工序原则上要求必须在超净厂房内设立，因在以上各工序中， 芯粒始终裸露在外，直到包封工序后，芯粒才被环氧树脂包裹起来。这样，包封以后不仅能对 且对整个芯片的各种参数、性能及质量都起着根本的保持作用。在以上各工序中，哪个环节或因素不合要求都将造成芯粒的报废，所以说，净化区内工序对环境诸因素要求比较严格和苛刻。 主要环境的影响因素： （ 1）空调系统中洁净度的影响 对于净化空调系统来讲，空气调节区域的洁净度是最重要的技术参数之一。洁净厂房的洁净级别常以单位体积的空气中最大允许的颗粒数即粒子计数浓度来衡量。对 化区内的各工序的洁净度至少必须达到 （ 2）超纯水的影响 括 大多数工序都需要超纯水进行清洗，晶圆及工件与水直接接触，在封装过程中的减薄工序和划片工序，更是离不开超纯水，一方面晶圆在减薄和划片过程中的硅粉杂质得到洗净，而另一方面纯水中的微量杂质又可能使芯粒再污染，这毫无疑问将对封装后的 半导体制造工艺中，大约有 80 以上的工艺直接或间接与超纯水，并且大约有一半以上工序，硅片与水接触后，紧接着就进人高温过程，若此时水中含有杂质就会进人硅片而导致 品率降低。确切一点说，南通大学毕业设计（论文） 9 向生产线提供稳定优质的超纯水将涉及到企业的成本问题。 （ 3）纯 气的影响 在 纯的气体可作为保护气、置换气、运载气、反应气等，为保证芯片加工与封装的成品率和可靠性，其中一个重要的环节，就是严格控制加工过程中所用气体的纯度。所谓“高纯”或“超纯”也不是无休止的要求纯而又纯，而是指把危害 品率和可靠性的有害杂质及尘粒必须减少到一定值以下。 （ 4）温、湿度的影响 温、湿度在 乎每个工序都与它们有密不可分的关系，温、湿度对 （ 5）静电因素对 静电产生的原因是随处可见的。比 如人体静电，空气调节和空气净化引起的静电，运送半成品和 都是静电起电的因素。在科技飞速发展和工业生产高度自动化的今天，静电在工业生产中的危害已是显而易见的，它可以造成各种障碍，限制自动化水平的提高和影响产品质量。 （ 6）其它因素的影响 诸如压差因素、微振因素、噪声因素等对 环境诸多因素和静电因素始终对 也是 电子半导体 势必要求我们在环境与静 电方面紧紧跟上 之不要成为制约 脚石”。 装设备 成电路芯片塑料封装设备 随着电子工业和集成电路产业的迅猛发展，使集成电路封装业的市场规模越来越大，对集成电路封装设备的自动化程度和技术含量也提出了更高的要求。集成电路塑封自动上料机是 着器件设计水平和生产制造技术的飞速发展，尤其是封装工艺的日新月异，要求封装设备具有比以往更高的精度、速度、可靠性。 集成电路芯片封装是集成电路制造过程中影响微电子产品的生产效率和性 能质量的关键环节之一。半导体制造工艺的快速进步和市场对微小芯片的急切需求，对芯片封装设备的定位精度和运动速度、加速度提出了极高的要求。然而，精度与速度的提高是相互矛盾的。运动速度、加速度的提高，使得机构的惯性力增大，惯性力变化的频率也随之加大，南通大学毕业设计（论文） 10 系统易于产生弹性变形和振动现象，既破坏机构的运动精度，又影响构件的疲劳强度，并加剧运动副中的磨损。高精度定位希望机构运动平缓，而高生产率又希望系统高速往复运动并高速启停。 集成电路塑封自动上料机是一种典型的芯片塑封设备。目前大多数先进的塑封自动上料机采用先进的多运动同 步控制技术，实现料片的传送；采用大导程滚珠丝杠副实现机械手的快速定位，同时采用高分辨率伺服系统保证机械手定位的精确性；采用柔性的流道结构，适应不同规格集成电路料片的传输，调整方便；采用先进的多传感融合技术，系统控制安全可靠；基于 作系统的软件设计，人机交互友好。 国内外集成电路塑封设备的概况 目前，国外集成电路塑封设备的主流技术采用全自动上料，将上料装置与压机集成在一起，形成高度自动化设备，它涉及到精密机械、自动控制、精密光学、计算机应用、气动技术、系统工程学等诸多学科领域。该技 术领域中，美国、日本、德国、韩国、新加坡及台湾占据了统治地位。如，德国的 司和日本 司生产的塑封压机，从上料、塑封到卸模实现全自动化，其中的全自动化上料装置保证了塑封产品质量和生产效率。自动化、智能化、系统化多学科技术集成是集成电路塑封设备的主要发展趋势。 目前，国内集成电路塑封设备状况存在两种现象：（ 1）小型企业主要利用人工上料方法。人手接触集成电路料片，可能会引起引线框架和键合引线的折断；操作过程中还有可能造成芯片污染，影响成品集成电路的电学性能；人工摆放料片存在位置误差，从而影响塑封成 品的质量。因此，人工上料方法，质量不宜保证，而且效率较低，不能适应现代企业低成本大规模生产的需要。（ 2）大中型企业全套引进国外带自动上料功能的集成电路塑封压机，投资大，且技术受制于国外设备制造企业，当设备出现较大故障问题时，往往束手无策，必须依赖国外厂家技术服务，这势必会影响本企业的正常生产。 为此，立足国内，自主研发拥有自主知识产权的集成电路塑封上料设备，可在一定程度上降低成本，提高企业的竞争力，是国内集成电路封装企业的迫切需要，符合国家走自主发展道路的产业政策。 电一体化系统（产品）的设计 新 产品设计是一项复杂细致的工作，要提供性能好、质量高、成本低、有市场竞争力、受用户欢迎的新产品，必须有一套科学的工作程序和方法。新产品从提出任务到投放市场的全部程序要经过四个阶段：调查决策阶段；研究设计阶段；试制阶段；投产销售阶段。 机电一体化系统（产品）的设计流程如图 示。 南通大学毕业设计（论文） 11 （ 1）根据目的功能确定产品规格、性能指标。工作机的目的功能，不外乎是用来改变物质的形状、状态、位置尺寸和特性，归根到底必须实现一定的运动，并提供必要的动力。其基本性能指标主要是指实现运动的自由度数、轨迹、行程、精度、速度、动力、稳定性和自动化程度。 （ 2）系统功能部件、功能要素的划分。工作机必须具备适当的结构才能满足所需性能。要形成具体结构，应以各构成要素及要素之间的接口为基础划分功能部件或功能子系统。复杂机器的运动常由若干直线或回转运动组合而成，在控制上形成若干自由度。 （ 3）接口的设计。接口问题是各构成要素间的匹配问题。执行元件与运动机构之间通常是机械接口。 （ 4）综合评价（或整体评价）对机电一体化系统的综合评价主要是对其实现目的的功能的性能、结构进行评价。 （ 5）可靠性复查。机电一体化系统既可能产生电子电路故障、软件故障，又可 能产生机械故障，而且容易受到电噪音的干扰，因此，可靠性问题显得格外突出，也是用户最关心的问题之一。 （ 6）试制与调制。样机试制是检验产品设计的制造可行性的重要阶段，并通过样机调制来验证各项性能指标是否符合设计要求。 图 电一体化系统设计流程 南通大学毕业设计（论文） 12 第三章 上料机系统设计 统总体设计 成电路塑封上料的技术要求及其指标 适用于 系列不同规格集成电路芯片塑封的自动上料系统，主要作用是进行集成电路料片塑封前的自动上料排片和预热处理，同时进行塑封成型，实现上料、塑封到卸料的自动化。其主要性能指标为 : (1)循环时间： (2)定位精度 :3)温度设定 :1 (4)料片尺寸 :长度 150度 185)料盒尺寸 :长度 150度 246)排料架尺寸 :长度 700度 650 系统组成及工作过程 系统主要由料片传送部件、料片自动排片部件、工控机系统及传感检测系统等组成。图 料片传送部件的结构示意图，主要包括料片横向传送机构、料片推送结构、料 匣回收机构、料架升降机构、柔性料片流道及传送带等。图 料片自动排片部件结构示意图，主要包括抓取机械手及多工位预热架等。 图 片传送部件结构示意图 南通大学毕业设计（论文） 13 图 料片自动排片部件结构示意图 电动机 电动机 系统的工作过程包括： （ 1） 料片传送 用于塑封的料片预先由前道工序叠置于料匣内，本道工序首先从入料匣处导入一料匣，当料架位于顶部时将料匣推入料 架，然后由料片横向传送机构带动料架完成横向传送。在推料片工位处，通过气缸完成推料片动作，每次从料匣上推出一片料片，接着由步进电机驱动料架下降一片料片的距离，为下一个推料片动作做准备。推出的料片置于柔性料片流道上，由同步电机驱动传送带运动，将料片移动到等候排片工位，从而完成料片的纵向传送。 （ 2）自动排片 当排料架上没有排满料片时，即进行料片的自动排放工作。机械手首先在等候排片工位抓取料片并抬起一定高度，然后在两只伺服电机的驱动下进行 X、 Y 轴向的定位移动，并根据多工位预热架相应工位的方向在空中移动过程中，由第 三只伺服电机驱动进行轴旋转，调整料片排放方向。最后在相应排放工位，由气缸完成料片放置动作。 （ 3）料片预热 多工位预热架置于加热台上，当料片排放到预热架后，即根据热传递的原理进行料片的预热，预热温度的控制通过温度控制模块来实现。预热架 通过 4 个加热管进行加热，通南通大学毕业设计（论文） 14 过热电偶来实现温度检测。 统特点 该系统具有下列特点： （ 1）采用先进的多运动同步控制技术，实现横向传送料片、推送料片、回收料盒、纵向传送料片及矩阵式排片的协同工作。 （ 2）采用大导程滚珠丝杠副实现机械手的快速定位，同时采用高分辨率伺服系 统保证机械手定位的精确性； （ 3）采用柔性的流道结构，适应不同规格集成电路料片的传输，调整方便； （ 4）采用先进的多传感融合技术，系统控制安全可靠； （ 5）基于 工控软件设计，人机交互友好。 料机机架部件结构设计 机架部件是安装和保护电子设备内部各种电路单元、元器件及机械零部件的重要结构，对于消除各种复杂环境对设备的干扰，保证设备安全、稳定、可靠地工作，提高设备的使用效率、寿命，以及增强设备安装、维修的方便等起着非常重要的作用。上料机机架部件作为上料机一个重要的基础结构，其设 计也是整个上料机系统设计的重要内容之一。 (1)确保上料机技术指标的实现设计机架部件时，应根据上料机设备的使用环境，综合考虑设备内部的电磁干扰和热问题，以及外部的机械、电磁、电气和气候等因素的影响，以确保设备电性能的稳定性，并使机架部件具有足够的强度、刚度，以确保设备机电连接的可靠性以及设备的防振冲能力，同时采取相应措施，确保设备各项技术指标的实现和可靠性要求。 (2)具有良好的结构工艺性 所谓结构工艺性好就是能优质、高产、低成本地进行设备的生产，包括加工、装配、调试、维修等。结
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