1773_面向LED封裝的XY二自由度的工作臺的設(shè)計

1773_面向LED封裝的XY二自由度的工作臺的設(shè)計,面向,led,封裝,xy,自由度,工作臺,設(shè)計 畢業(yè)設(shè)計（論文）開題報告題目 面向 LED 封裝的 XY 二自由度的工作臺的設(shè)計專 業(yè) 名 稱 機(jī)械設(shè)計制造及其自動化班 級 學(xué) 號 078105213學(xué) 生 姓 名 賈辰光指 導(dǎo) 教 師 張緒坤填 表 日 期 2011 年 1 月 23 日說 明開題報告應(yīng)結(jié)合自己課題而作，一般包括：課題依據(jù)及課題的意義、國內(nèi)外研究概況及發(fā)展趨勢（含文獻(xiàn)綜述） 、研究內(nèi)容及實驗方案、目標(biāo)、主要特色及工作進(jìn)度、參考文獻(xiàn)等內(nèi)容。以下填寫內(nèi)容 各專業(yè) 可根據(jù)具體情況適當(dāng) 修改 。但每個專業(yè)填寫內(nèi)容應(yīng)保持一致。一、選題的依據(jù)及意義：工作臺系統(tǒng)是 LED 封裝行業(yè)中的一種重要制造裝備。LED 行業(yè)在我國作為一個新興行業(yè)，這幾年來發(fā)展較快，特別是新型半導(dǎo)體（LED）照明，隨著發(fā)光材料與發(fā)光技術(shù)的不斷革新，半導(dǎo)體技術(shù)在照明領(lǐng)域掀起了一場新的革命——半導(dǎo)體照明。半導(dǎo)體（LED）照明產(chǎn)品，尤其是氮化鎵基（GaN）白光 LED 照明光源體積小、重量輕、方向性好并可耐各種惡劣條件，在功耗、壽命以及環(huán)保等方面均有不可比擬的優(yōu)越性。隨著第三代半導(dǎo)體材料氮化鎵的突破和藍(lán)、綠、白光 LED 的問世，半導(dǎo)體照明工具有望替代傳統(tǒng)白熾燈、日光燈、鹵素?zé)舻闹鲗?dǎo)地位，成為廣泛應(yīng)用的節(jié)能環(huán)保的優(yōu)質(zhì)光源，成為照明行業(yè)的主流產(chǎn)品。甚至有人評價說，半導(dǎo)體照明帶來的是“照明領(lǐng)域的第三次革命” ， “其意義不亞于以人類高高舉起第一根火把和愛迪生發(fā)明第一只白熾燈為代表的前兩次照明領(lǐng)域的革命。 ”目前，LED 作為“照亮未來的技術(shù)” ，已受到越來越多國家的重視。封裝是指安裝半導(dǎo)體電路外殼，不僅起著安放、固定、密封、保護(hù)芯片使之不受外界環(huán)境干擾和腐蝕破壞的作用，而且是溝通內(nèi)部電路與外部電路的橋梁。所謂LED 封裝加工是將晶片上的連接點用導(dǎo)線封裝外殼的引腳上，這些引腳又通過導(dǎo)線與其他電路連接，因此，封裝對 LED 芯片起著重要的作用。而陰險鍵合(Wire blonding)技術(shù)仍然是 LED 封裝連接技術(shù)中廣泛使用的靈活形式，焊線機(jī)是用鋁線（或其他材料）把電路板上的壓焊點與外殼或引線框架上的外引線引出端通過鍵合連接起來。信息化社會的到來，促進(jìn)了現(xiàn)代信息顯示技術(shù)的發(fā)展，形成了CRT、LCD、PDP、LED、EL、DLP 等系列的信息顯示產(chǎn)品，縱觀各類顯示產(chǎn)品，各有其所長和適宜的市場應(yīng)用需求。隨著 LED 材料技術(shù)和工藝的提升，LED 顯示屏以突出的優(yōu)勢成為平板顯示的主流產(chǎn)品之一，并在社會經(jīng)濟(jì)的許多領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，主要包括：（1）證券交易、金融信息顯示。這一領(lǐng)域的 LED 顯示屏占到了前幾年國內(nèi) LED顯示屏需求量的 50%以上，目前仍有較大的需求。（2）機(jī)場航班動態(tài)信息顯示。民航機(jī)場建設(shè)對住處顯示的要求非常明確，LED顯示屏是航班住處顯示系統(tǒng) FIDS（Flight information Display system）的首選產(chǎn)品。（3）港口、車站旅客引導(dǎo)信息顯示。以 LED 顯示民間為主體的信息系統(tǒng)和廣播系統(tǒng)、列車到發(fā)揭示系統(tǒng)、票務(wù)信息系統(tǒng)等共同構(gòu)成客運(yùn)樞紐的自動化系統(tǒng)，成為國內(nèi)火車站和港口技術(shù)發(fā)展和改造的重要內(nèi)容。（4）體育場館信息顯示。LED 顯示屏作為比賽信息顯示和比賽實況播放的的主要手段已取代了傳統(tǒng)的燈光及 CRT 顯示屏，在現(xiàn)代化體育場館成為必備的比賽設(shè)施。（5）道路交通信息顯示。智能效通系統(tǒng)（ITS）的興起，在城市效通、高速公路等領(lǐng)域，LED 顯示民間作為可變情報板、限速標(biāo)志等，得到普遍采用。（6）調(diào)度指揮中心信息顯示。電力調(diào)度、車輛動態(tài)跟蹤、車輛調(diào)高度管理等，也在逐步采用高密度的 LED 顯示屏。（7）郵政、電信、商場購物中心等服務(wù)領(lǐng)域的業(yè)務(wù)宣傳及信息顯示。（8）廣告媒體新產(chǎn)品。除單一大型戶內(nèi)、戶外 LED 顯示屏做為廣告媒體外，集群 LED 顯示屏廣告系統(tǒng)、列車 LED 顯示屏廣告發(fā)布系統(tǒng)等也已得到采用并正在推廣。（9）演出和集會。大型 LED 顯示屏越來越普遍的用于公共和政治目的的視頻直播，如在我國建國 50 周年大慶、世界各地的新千年慶典等重大節(jié)日中，大型 LED 顯示屏在播放實況和廣告信息發(fā)布方面發(fā)揮了卓越的作用。（10）展覽會，LED 顯示大屏幕作為展覽組織者提供的重要服務(wù)內(nèi)容之一，向參展商提供有償服務(wù)，國外還有一些較大的 LED 大屏幕的專業(yè)性租賃公司，也有一些規(guī)模較大的制造商提供租賃服務(wù)。經(jīng)過近十年的發(fā)展，我國 LED 顯示屏產(chǎn)業(yè)發(fā)展目前已初具規(guī)模，基本形成了一批具有一定規(guī)模的骨干企業(yè)。進(jìn)入新世紀(jì)，光電子產(chǎn)業(yè)得到廣泛的重視，一些具有實力和影響的企業(yè)把 LED 顯示屏作為經(jīng)營戰(zhàn)略發(fā)展的重要內(nèi)容，涉足 LED 顯示屏產(chǎn)業(yè)，中國加入 WTO、北京申奧成功等，成為 LED 顯示屏產(chǎn)業(yè)發(fā)展的契機(jī)，預(yù)計在近兩年內(nèi)，我國的 LED 顯示屏產(chǎn)業(yè)將會有較大的調(diào)整和發(fā)展。目前國內(nèi)主要 LED 顯示民間制造廠商主要集中在華東、華北、華南區(qū)域，大型制造商的市場范圍幾乎覆蓋整個國內(nèi)市場。國內(nèi) LED 廠商數(shù)量也在逐增加，目前比較上規(guī)模的（年產(chǎn)值在 300 萬元以上）估計有 150 余家，其中年產(chǎn)值上千萬的有 20 余家。而且由于國產(chǎn) LED 顯示屏的性價比比較高，市場占有率近 100%，國外同類產(chǎn)品基本沒有市場。目前在國內(nèi)市場上，國產(chǎn) LED 顯示屏的市場占有率近 100%，國外同類產(chǎn)品基本沒有市場，四十三屆世乒賽主會場天津體育中心、京九鐵路、北京西客站首都機(jī)場、浦東機(jī)場等，均由國內(nèi)代表企業(yè)中標(biāo)。國內(nèi) LED 顯示屏產(chǎn)品及市場發(fā)展迅速，廠家眾多，但目前主導(dǎo)骨干企業(yè)群尚在形成之中，處于群雄逐鹿的時代。隨著LED 顯示產(chǎn)品行業(yè)的競爭逐步變得有序，市場即將轉(zhuǎn)入規(guī)?；?、品牌化競爭，當(dāng)逐步形成實力占據(jù)市場分額 50%以上的三到五家企業(yè)時，顯示屏市場將趨于成熟。節(jié)能是 LED 最大的特點,在我國具有非常重要的現(xiàn)實意義。中國照明用電約占總電量的 12%, 保守估計 2010 年我國總發(fā)電量將達(dá)到 30000 億度,照明用電將達(dá)到約 3600億度,如能節(jié)約一半的照明用電就是 1800 億度,相當(dāng)于兩個三峽電站的年發(fā)電量。照明節(jié)能產(chǎn)生了兩方面益處：能源消耗的節(jié)約和二氧化碳?xì)怏w排放的減少。根據(jù) LED 顯示屏專業(yè)委員會的統(tǒng)計，2001 年成員單位的出口額約為 4 億元人民幣，這是 LED 顯示屏走向國際市場的良好跡象。國產(chǎn) LED 顯示屏走出國門加入國際市場將使 LED 產(chǎn)業(yè)得到大的提升。據(jù)科學(xué)界預(yù)測，到 2008 年，全球 LED 的產(chǎn)值將從 2004 年的 125 億美元提高到 500億美元。美國能源部研究報告分析，到 2010 年，美國將有 55％的白熾燈和熒光燈被半導(dǎo)體燈替代，每年節(jié)約電費(fèi)可達(dá) 350 億美元，半導(dǎo)體燈有望形成 500 億美元的大產(chǎn)業(yè)。韓國政府也拿出 1 億美元發(fā)展本國的 LED 照明產(chǎn)業(yè)。日本則提出，2006 年將用半導(dǎo)體燈大規(guī)模替代傳統(tǒng)的白熾燈。目前，美國 GE、荷蘭飛利浦、德國歐斯朗三大世界照明生產(chǎn)巨頭紛紛與半導(dǎo)體公司合作組建半導(dǎo)體照明公司，搶占產(chǎn)業(yè)制高點，目標(biāo)是使半導(dǎo)體照明成為 21 世紀(jì)的新光源。二、國內(nèi)外研究概況及發(fā)展趨勢（含文獻(xiàn)綜述）：目前，大多數(shù)封裝裝備中采用的是電機(jī)——滾珠絲杠式的驅(qū)動方式，伺服電機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動是通過絲杠轉(zhuǎn)為定位平臺的直線運(yùn)動，其極限加速度可以達(dá)到 1g。日本發(fā)明了一種采用直線電磁電機(jī)驅(qū)動的 XY 定位平臺，可以有效地提高定位系統(tǒng)的速度和可靠性。省去了旋轉(zhuǎn)電機(jī)驅(qū)動中的傳動環(huán)節(jié)，從而都不痛的提高了 XY定位平臺的性能。但目前存在的問題是，無論用哪種直線電機(jī)驅(qū)動方式，動補(bǔ)痛程度的存在滯后、有限響應(yīng)、有限加速度及速度等問題，且不同程度的限制了定位精度的進(jìn)一步提高。音圈電機(jī)(Yoica Coil Aotuator)是另一種可用于直接驅(qū)動的驅(qū)動元件它是基于安培力原理制造的，除了和直線電機(jī)一樣避免了傳動環(huán)節(jié)存在間隙等不足外，在理論上具有無限分辨率，還有無滯后、高響應(yīng)、高加速度、高速度、體積小、力特性好、控制方便等優(yōu)點使音圈電機(jī)更適用于要求高加速度，高頻激勵，快速和高精度定位的控制系統(tǒng)中[ss.}s]將其用于高頻啟動和轉(zhuǎn)向的引線鍵合設(shè)備定位機(jī)構(gòu)中，無疑是理想的選擇。如下圖所示即為音圈電機(jī)應(yīng)用在半導(dǎo)體加工設(shè)備中的 XY 定位平臺上的實例，在該 X7 定位平臺單方向，即 X 向采用了傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的音圈電機(jī)驅(qū)動，Y 向則用平面直線電機(jī)驅(qū)動.新加坡發(fā)明的雙向都采用音圈電書 1 來驅(qū)動的 XY 精密定位平臺，即在該安裝有焊頭的 XY 定位平臺中，其 X 向和 Y 向均采用音圈電機(jī)進(jìn)行驅(qū)動來實現(xiàn)焊頭在水平面的兩自由度運(yùn)動。又比如美國 BEITedmologies 公司的音圈電機(jī)也有用在 XY 定位平臺上的成功范例。近年來，隨著電子技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，各種形式的封裝樣式越來越多，LED 封裝高速、高精度的需求日益緊迫。為進(jìn)一步提高質(zhì)量和生產(chǎn)率，對該類設(shè)備的運(yùn)動精度和運(yùn)動速度、加速度等性能提出了更高的要求，也體現(xiàn)了該類作業(yè)裝備向高速、高精度方向發(fā)展的趨勢。這就要求 LED 的封裝技術(shù)不斷的發(fā)展和改良。3、研究內(nèi)容及實驗方案：主要研究面向 LED 封裝的 XY 二自由度的工作臺的設(shè)計，主要工作包括電機(jī)的選擇、導(dǎo)軌的選擇、軸承的選擇、滾珠絲桿的設(shè)計、聯(lián)軸器的選擇、機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計。四、目標(biāo)、主要特色及工作進(jìn)度目標(biāo)：工作臺運(yùn)行能達(dá)到精度要求，工作臺運(yùn)行可靠。主要特色：能自動調(diào)節(jié)運(yùn)行精度。工作進(jìn)度：第一周查閱有關(guān)資料，做好準(zhǔn)備工作，完成電機(jī)的選擇 第二周完成軸的設(shè)計以及軸承的選擇第三周完成帶與帶輪的設(shè)計，完成 X 軸上旋臺的設(shè)計 第四周完成導(dǎo)軌的設(shè)計，完成滾珠絲桿的設(shè)計工作第五周完成聯(lián)軸器的設(shè)計以及 X-Y 工作臺機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計第六周完成工作臺二維與三維圖紙的繪制，并完成文字的整理工作。5、參考文獻(xiàn)[1] 璞良貴，紀(jì)名剛主編.機(jī)械設(shè)計.第七版.北京：高等教育出版社，2001[2] 趙松年，張奇鵬. 機(jī)電一體化機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計.北京： 機(jī)械工業(yè)出版社，1996[3] 徐灝主編，機(jī)械設(shè)計手冊.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1995.12[4] 李克永.化工機(jī)械手冊. 天津: 天津大學(xué)出版社，1991.5[5] M F Caggiano, E Barkley, M Sun, J T Kleban, Electrical modeling of the chip scale ball grid array package at radio frequencies, Microelectronics Journal, 2000, 31:701～709