固晶机焊头机构的开发与研究

【摘要】本文根据LED固晶机封装工序中的取放芯片工艺的要求,设计研究了LED固晶机关键部件：焊头机构、顶针机构、晶圆传送机构,并结合虚拟样机技术和有限元分析对设计机构动态仿真分析,重点对焊头机构的仿真结果进行对比与评价。其中的设计方案具有一定的理论意义和实际应用价值。本论文主要完成以下几方面的工作：(1)固晶机焊头机构的结构设计焊头机构采用并联机构运动方式(θ方向摆动和Z方向运动),采用皮带传动的曲柄摇杆机构配合偏心轴来完成从取晶位到固晶位的运动。利用曲柄摇杆机构的传动死点位置取晶和固晶,可以提高焊头机构的末端分辨率,精度高；利用皮带传动,可以消减电机振动对曲柄摇杆的影响；利用偏心轴拖动曲柄滑块机构完成Z方向的运动,采用轴承与曲柄的刚性连接可以提高Z运动的响应速度,避免传统的弹簧复位产生的延迟和振动。(2)顶针机构、晶圆传送机构的结构设计顶针机构采用小偏心距的偏心轮机构配合一对轴承刚性连接顶针的连接件,提高顶针机构的响应速度,并由电机直接驱动,通过手旋螺钉可以调节顶针位于芯片的正下方位置。结构简单实用,能实现高速高精度的完成短距离刺晶动作。晶圆传送机构采用串联的XY工作台拖动悬臂支架,悬臂支架上固定多晶圆环,可以减少更换晶圆环的时间、增加芯片固晶的多样性；皮带带动多晶圆环的转动、通过定位气缸完成精密定位,使得更高效、精确的完成芯片逐颗被吸取。(3)焊头机构曲柄摇杆尺寸的优化计算焊头机构采用曲柄摇杆机构,其性能是影响固晶质量的关键。传动角的大小作为衡量曲柄摇杆机构传力性能的重要指标。传动角小,容易造成末端振动,本章通过摇杆摆角为90。和平均传动角最大两个条件作为设计目标,将曲柄摇杆机构的各个杆长作为设计变量来进行计算并优化,实验结果表明,当平均传动角为73.9975。时,可以达到最佳的传动效果,此时11=0.606213,12=0.994513,13=13,14=0.920513,其中11,12,13,14分别表示曲柄,连杆,摇杆和支架杆的长度。(4)利用ANSYS柔性体文件和机械系统动力学分析软件ADAMS对固晶机焊头机构进行运动仿真,对焊头机构构建真实的运动环境,得出曲柄摇杆机构的对比分析,以及焊头机构瓷嘴在取晶位和固晶位时的接触力和振动位移对比。实验结果表明,两种结构的接触力均在75gf-85gf范围内,满足要求；优化前θ方向振动位移为1.07um,平衡时间需12.8ms,优化后θ方向振动位移为0.43um,平衡时间需4.96ms,传动效果明显优于优化前。本文应用三维设计软件SolidWorks对样机进行了设计和虚拟装配,并对焊头机构的曲柄摇杆机构做优化计算,用ADAMS对焊头进行仿真对比评价,最终结论表示,基于平均传动角最大设计的焊头机构明显性能比较好。
【作者】马俊强；
【导师】吴小洪；
【作者基本信息】广东工业大学，机械电子工程，2014，硕士
【关键词】LED；固晶机；动力学仿真；ADAMS；SolidWorks；

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