集成电路塑封自动上料机机架部件设计及性能试验-毕业设计.doc

毕业设计（论文）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DIP、QFP、SOP、TO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。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ABSTRACTBased on the longitudinal research topic “IC Plastic automatic feeding machine” research needs, firstly the issue of the overall technical program was designed, then the IC chip plastic packages automatic feeding system on the rack components was designed and the performance was tested. An automatic leader system was designed that realized automation for plastic package of integrated circuit. The system can be applied to the plastic package for DIP、QFP、SOP and TO series integrated circuits. The production efficiency and the product quality would be improved greatly. The system consists mainly of transmission components, materials unit automatic film parts, industrial computer systems, sensing detection system and the rack components and so on. The rack components of the automatic feeding machine was made by Sheet-metal structure, the structure is simple and easy to use. The rack components as an important infrastructure components of the feeding machine, it play a role in supporting workstations, installation and protection of electronic equipment within various circuit modules, electrical components and other important components.Key words: Integrated circuit, Plastic package, Load, Automation, Rack components 目 录摘 要IABSTRACTII第一章 绪 论11.1课题研究的现状及发展趋势11.2课题研究的基本内容21.3课题研究的意义和价值2第二章 集成电路封装概述42.1 集成电路42.1.1 概念42.1.2 类型42.1.3 集成电路在我国的发展状况52.2 集成电路封装52.2.1 封装的发展52.2.2 塑料封装72.2.3 环境因素对封装的影响72.3 封装设备92.3.1 集成电路芯片塑料封装设备92.3.2 国内外集成电路塑封设备的概况102.4 机电一体化系统（产品）的设计10第三章 上料机系统设计123.1 系统总体设计123.1.1集成电路塑封上料的技术要求及其指标123.1.2系统组成及工作过程 123.1.3系统特点143.2上料机机架部件结构设计143.2.1机架部件设计准则143.2.2机架部件结构设计153.3性能试验方案拟定17第四章 结论与展望20参考文献21致 谢2223第一章 绪 论1.1 课题研究的现状及发展趋势集成电路（IC）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(IC设计、IC制造和IC封装)之中，IC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IC封装的销售额在国家整个集成电路产业中一直占有70%的份额；从某种意义上讲，我国集成电路产业是从IC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IC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。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IC封装提出了更高的要求，即高性能、高可靠、多功能、小型化、薄型化、便携式及低成本。IC封装面临着严峻的挑战。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。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0.1 80.2 5 mm ，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IO数方向的发展需求，IC封装正在从四边引线封装形式(Q F PT Q F P )向球栅阵列封装形式(B G AC 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IC封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，IC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IC封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IO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。1.2 课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Windows2000开发了专用工控软件。该系统适用于DIP、QFP、SOP、TO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。1.3 课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IC封装方面的影响较大。随着IC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。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IC的加工生产和封装过程中建立起静电防护系统等措施外，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IC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。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IC封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IC封装业，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。第二章 集成电路封装概述2.1 集成电路2.1.1 概念集成电路（Integrated Circuit, 通常简称IC) ,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N型和P型半导体及PN结。集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。2.1.2 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VCD、DVD重放的音频信号和视频信号）。（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。 SSI (小型集成电路)，晶体管数 10100 MSI (中型集成电路)，晶体管数 1001,000 LSI (大规模集成电路)，晶体管数 1,00010,0000 VLSI (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TTL、ECL、HTL、LST-TL、STTL等类型。单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CMOS、NMOS、PMOS等类型。 （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。 2.1.3 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IC)产业发展十分迅速。 自从1958年世界上第一块IC问世以来，特别是近20年来，几乎每隔23年就有一代产品问世，至目前，产品以由初期的小规模IC发展到当今的超大规模IC。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。2.2 集成电路封装2.2.1 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，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0.1 8 0.2 5mm，要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MCM（M C M - L）和厚薄膜混合基板MCM（MCM-C/D）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 S电路、G a A s电路、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。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IO数方向的发展需求，IC封装正在从四边引线封装形式(Q F PT Q F P)向球栅阵列封装形式(B G AC 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IC封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，IC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IC封装及其封装材料提出了严峻的挑战。2.2.2 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。2.2.3 环境因素对封装的影响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IC生产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。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IC业快速发展而同步发展。据中国半导体信息网对我国国内28家重点IC制造业的IC总产量统计，在2001年那年就为44.12亿块，其中95以上的IC产品都采用塑料封装形式。众所周知，封装业属于整个IC生产中的后道生产过程，在该过程中，对于塑封IC、混合IC或单片IC，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，IC内核芯粒始终裸露在外，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IC芯粒起着机械保护和引线向外电学连接的功能，而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IC封装来说，净化区内的各工序的洁净度至少必须达到l级。（2）超纯水的影响IC的生产，包括IC封装，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IC质量有着极大的影响。在半导体制造工艺中，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IC器件性能下降、成品率降低。确切一点说，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IC的加工与制造封装中，高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IC性能、成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IC的生产中扮演着相当重要的角色，几乎每个工序都与它们有密不可分的关系，温、湿度对IC封装生产中的重大影响。（5）静电因素对IC封装的影响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IC成品在包装运输过程中都会产生静电，这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IC封装加工中都有一定的影响。环境诸多因素和静电因素始终对IC的封装加工过程起着很重要的作用，这也是IC的发展趋势和封装加工过程的固有特性所决定的，微电子半导体IC的超前发展，就势必要求我们在环境与静电方面紧紧跟上IC的发展，使之不要成为制约IC封装加工发展的障碍和“绊脚石”。2.3 封装设备2.3.1 集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IC生产线后道工序的核心设备，随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，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Windows操作系统的软件设计，人机交互友好。2.3.2 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FICO公司和日本TOWA公司生产的塑封压机，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。2.4 机电一体化系统（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2.1所示。（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2.1机电一体化系统设计流程第三章 上料机系统设计此处省略NNNNNNNNNNNN字。如需要完整说明书和设计图纸等.请联系扣扣：九七一九二零八零零 另提供全套机械毕业设计下载！该论文已经通过答辩图3.1 料片传送部件结构示意图1.料片横向传送机构 2.料片推送机构3.料架升降机构 4.柔性料片流道 5.传送带图3.2 料片自动排片部件结构示意图1.X轴电动机 2.Y轴电动机3.轴电动机 4.抓取机械手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，通过热电偶来实现温度检测。3.1.3系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Windows2000的工控软件设计，人机交互友好。3.2 上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。3.2.1机架部件设计准则(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。结构与工艺密切相关，结构不同则所采用的工艺也不相同。设计机架部件时，应根据设备的使用要求综合考虑当时的生产水平，包括加工设备、人员、工艺方法以及检验手段、方法等，使设计的机架部件符合当时的生产实际，并具有良好的装配工艺，从而确保设备质量。(3)便于装配、操作、维修为了充分发挥上料机设备的效能，设计的机架部件应便于操作使用，并符合使用者的心理和生理特点，同时结构上力求最简，便于装配、拆卸，使设备可达性、维修性好，另外，设计的机架部件应确保操作人员的使用安全，如避免锐边、棱角、采用漏电保护装置等。(4)标准化、模块化机架部件设计时，应尽可能地满足标准化、模块化要求，并采用模块化设计方法，所有尺寸均采用标准尺寸系列，并符合公差配合标准及有关通用标准，以确保上料机机架部件的互换性，这样，在研制类似设备或设备改型时，可以少改动甚至不改动上料机的机架部件尺寸即可完成新研或改型设备的机架设计。(5)小型化所谓小型化就是尽可能地减小设备体积和重量。机架部件的小型化不仅在设备的使用性能上有重大意义，在经济上也具有重要价值，因而在设计机架部件时应予以重视。(6)外形美观上料机的外形不仅关系到操作者的感官要求，而且关系到上料机的销售。设计机架时，应将工程设计与造型设计相结合，充分利用造型设计的手法，对机架部件外形精心设计，以使上料机外形美观。综上所述，确保上料机技术指标的实现和便于装配、操作、维修的准则体现了机架部件设计的实用性要求，具有良好的结构工艺性体现了机架部件设计的经济性要求，标准化、模块化和小型化既体现了机架部件设计的创新要求又体现了经济性要求，造型设计则体现了机架部件设计的美观要求。3.2.2 机架部件结构设计上料机机架部件的结构设计是在消化吸收国外集成电路塑封设备的基础上，依据机架设计准则综合考虑上料机的用途、使用环境和复杂程度来进行设计的。上料机机架采用钣金结构机架。上料机的机架部件外型如图3.3所示。上料机机架部件作为上料机一个重要的基础结构，它的上面支撑着预热架工作台、料片传送部件、料片自动排片部件。稳固平整的机架部件为芯片的塑封上料工作过程提供了一个稳定的工作平台。图3.3上料机机架部件根据机架部件的设计准则，上料机机架部件设计成箱体结构，起到安装和保护电子设备内部各种电器元件，消除各种复杂环境对设备的干扰，保证设备安全、稳定、可靠地工作的作用。上料机钣金结构机架部件设计成四方体机箱，箱内部分由隔板、后电器板与侧电器板分成四块空间。分别命名为后机箱部分、右机箱部分、左上机箱部分和左下机箱部分。后电器板上安装有X轴、Y轴与轴伺服电机驱动器、升降台步进电机驱动器、开关电源、滤波器、接线端子排和信号输入输出接口，这些部件都安装在后机箱部分。侧电器板安装有直流24V开关电源、若干继电器、接线端子排等部件，这些电器元件都安装在右机箱部分，设备的变压器也安