全自动引线键合机XY工作台装配工艺 41 张世民

邢台职业技术学院1全自动引线键合机XY工作台装配工艺摘要本文综述了键合机中XY工作台的相关知识和装配工艺，阐述了XY工作台的工作原理、应用范围、装备技巧及实际意义，通过XY工作台的简单介绍和过程分析，研究了XY的工作过程、封装方法及装配精度保证方法。利用相关机械知识推导出了XY工作台的实现和对数控、机电一体化的实际意义，通过收集相关资料、查阅有关文献得到了XY工作台的蓝图。讨论了XY工作台装配中的难点、重点以及要点。总之，通过对键合机的了解和在实习期间对XY工作台的亲身装配，认识到XY工作台在键合机乃至数控、机电一体化的领域的重要作用。关键词：高精度，高速度，高稳定性邢台职业技术学院2目录第一章XY工作台简介·················································1第一节XY运动平台控制系统介绍···············································1第二节XY工作台的性能要求···················································1第三节XY工作台的组成·······················································1第二章XY工作台零部件的选用···································3第一节导轨的选用·························································3第二节直线电机的选用···················································3第三节导轨油的选用······················································5第三章XY工作台的组装············································8第一节XY工作台····························································8第二节装配环境要求······················································8第三节测量仪器与工具准备···············································8第四节装配前的准备工作·················································8第五节XY工作台装配························································9结论·······································································14参考文献································································14附录······································································15邢台职业技术学院1第一章XY工作台的简介一、XY运动平台控制系统介绍XY运动平台是许多数控加工设备和电子加工设备目前最为典型的机电一体化系统的基本部件。如：数控车床的纵横进刀装置、数控铣床和数控钻床的XY工作台、激光加工设备。如图1.1所示为XY运动平台机械本体，它是由两个直线运动单元组成。每个直线运动单元包括：工作台面、滚珠丝杠、导轨、轴承座、基座等部分，通过两个直线运动单元的组合，可以使工作台面产生两个自由度XY轴方向的平面运动。二、XY工作台的性能要求由于工作台的使用的情况不同，因而对性能的要求也各异。一般的静态和动态性能要求包括有如下一些内容。1、在静态性能方面：（1）工作台的几何精度它包括XY工作台的导轨在水平面内的直线性、垂直平面内的直线性，X方向与Y方向的垂直度，X-Y方向的反向间隙和反向精度以及工作台面与运动平面间的不平行性。（2）系统的静刚度工作台传动系统受重力、摩擦力或其他外力的作用而产生响应的变形，其比值称为静刚度。（3）工作台的定位精度和重复定位精度。2、在动态性能方面：（1）工作台系统的振东特性和固有频率；（2）速度与加速度特性；（3）负载特性；（4）系统稳定性等。三、XY工作台的组成邢台职业技术学院2XY工作台系统基本上是由工作台底板、直线移动导轨、传动机构、驱动电机、控制装置和位移检测器等组成。在设计XY工作台时，应该把机械部分与控制部分视为一体进行考虑，以便能够从总体上设计出较为经济地满足使用要求的工作台。其中传动系统的设计尤为重要。因为它对整个XY工作台机设备的性能影响最大。邢台职业技术学院3第二章XY工作台零部件的选用一、导轨的选用目前，滚动直线导轨副（如THK的LM型滚动导轨）一般是由导轨、滑块、钢球、返向器、保持架组成；其工作原理是通过钢球在导轨与滑块形成的滚道内滚动，来实现滚动直线导轨副的直线运动。其中，滚动交叉直线导轨副（如THK的交叉滚柱导轨VR型）一般是由V形导轨、滑块、滚柱、保持架组成。运动原理是滚柱交叉在两V形导轨的滚道内滚动来实现滚动交叉直线导轨副的直线运动。为避免两滚柱间相互接触，用保持架将其隔开。全自动引线键合机是以金属引线连接芯片焊盘和封装管脚的半导体生产关键设备，其工作过程的根本特征在于通过引导金属引线在三维空间中作复杂高速的运动以形成各种满足不同封装形式需要的特殊线弧形状。高加速度高定位精度XY工作台是引线键合机的核心模块，决定键合的工作速度和精度。随着高端全自动引线键合机对工作速度和精度的要求越来越高，原来旋转电机加滚珠丝杠驱动形式的工作台逐渐被直线电机驱动的工作台所替代，同时滚动直线导轨副（如THK的LM型滚动导轨）或滚动交叉直线导轨副（如THK的交叉滚柱导轨VR型）都已无法满足XY工作台的高加速度和高定位精度的要求，因此需要一种具有高刚度、低质量、高重复定位精度的交叉滚针导轨来保证全自动键合机XY工作台的高加速度高定位精度运动。二、直线电机的选用全自动引线键合机是以金属引线连接芯片焊盘和封装管脚的半导体生产关键设备。键合机工作过程的根本特征在于通过引导金属引线在三维空间中作复杂高速的运动以形成各种满足不同封装形式需要的特殊线弧形状。高加速度高定位精度工作台是引线键合机的核心部件，决定键合的工作速度和质量。直线电机凭借其卓越性能代替旋转电机，广泛应用到引线键合机工作台上，代替了旋转电机加滚珠丝杠驱动形式的工作台，而要满足XY工作台的高加速度和高定位精度，就要保证直线电机的稳定高效工作，而电机的高速高频运动导致电机动子局部温度较高，因此需要为三相直线电机设计合理的降温系统来保证直线电机的稳定工作，提高工作质量。直线电机是一种将电能直接转换成直线运动机械能而不需任何中间转换机构的传动装置。直线电机的结构可以根据需要制成扁平型、圆筒型或盘型等各种型式，它可以采用交流电源、直流电源或脉冲电源等各种电源进行工作。邢台职业技术学院4直线电机图2—11、直线电机的特点（1）直线电机可广泛地应用于工业、民用、军事及其他各种直线运动的场合，采用直线电机驱动的装置和其他非直线电机驱动的装置相比，具有下列优点：1）结构简单；2）散热条件比较好；3）适应性比较强；4）速度和推力比较容易控制。（2）直线电机也存在着一些不足之处，主要表现在以下两个方面：1）与同容量旋转电机相比，直线电机的效率和功率因数较低，尤其在低速时比较明显。但由于采用直线电机后可省去中间传动装置，因此系统的效率有时还是比采用旋转电机的高。2）直线电机特别是直线感应电机的起动推力受电源电压的影响较大，故需采取有关措施保证电源的稳定或改变电机的有关特性来减少或消除这种影响。在所有直线运动的装置或系统中，是否采用直线电机驱动，还需要进行综合考虑。直线电机在一些合适的直线运动装置或系统中，能够发挥很大的作用。2、直线电机应用直线电动机按工作原理可分为直线感应电动机、直线同步电动机和直线步进电动机等。由于直线电动机具有很大的驱动力，通过对驱动电源的调节，其控制性能、位置精度更好，所以其在高精度直线运动中获得了广泛的应用。各种类型的直线同步电动机成为直线驱动的主要选择。近年来，在半导体设备行业中随着对设备生产率的要求越来越高，直线电动机也得到了广泛的应用，其中比较有代表性的设备是全自动引线键合机。全自动引线键合机是以金属引线连接芯片焊盘和封装管脚的半导体生产关键设备，其工作过程的根本特征在于通过引导金属引线在三维空间中作复杂高速邢台职业技术学院5的运动以形成各种满足不同封装形式需要的特殊线弧形状。高加速度高定位精度XY工作台是引线键合机的核心模块，决定键合的工作速度和精度。随着高端全自动引线键合机对工作速度和精度的要求越来越高，原来旋转电机加滚珠丝杠驱动形式的工作台逐渐被直线电机驱动的工作台所替代。以直线电机驱动的全自动引线键合机XY向加速度能达到14g以上，具有代表性的是国际封装设备公司的全自动引线键合机，其主要应用是永磁直线同步电动机。永磁直线同步电动机是指动子或定子是由永磁材料制成的磁极，磁极磁场由永磁体提供，动子无须外加电源励磁。这样使得电动机的结构得到简化，整体效率提高。三、导轨油的选用WD-40从字面上看是“WaterDisplacement,40thattempt”，WD-40的W代表水，D代表消除，40代表第40次尝试。WD-40的名称是直接取自1953年研发WD-40的化学工作人员研究笔记中所用的名词。当时，化学家NormLarsen(1923-1970)试图调制一种可以通过去除水分、湿气的作用，防止腐蚀的配方。Norm在完成第40次尝试之后，凭着毅力努力不懈，终于得到饱尝，完成发明。WD-40不含矽、煤油、水、腊、石墨、氟氯碳化物（CFC），或任何已知致癌媒介。WD-40的六大功能及应用：（1）清洁：WD-40具有极强的渗透性和金属表面亲和力，能够彻底清除粘附在金属表面的油渍、污垢、灰尘等附着物。虽然WD-40渗透性极强，但对于金属表面的油漆、纤维、塑料尼龙等材质绝无损害。适用范围：WD-40可用于清洁各种金属器件，可轻松除去机械各摩擦副内的油泥和难除物质，如：在车削后膛内粘结的残渣，可喷涂或浸泡WD-40后再用干净布擦试，便绝对不会产生麻膛。车辆火花塞接点有杂质发动不良时，可喷涂WD-40而不需要擦试，启动特别容易。还可用WD-40轻松除去粘在车表的柏油、胶粘物、地毯上干化的口糖等。（2）除湿：WD-40的渗透性极强（比水更强），而且与金属表面有极佳的亲和力，从而能够渗透到金属毛细孔内部，形成一层仅0.0028-0.0076毫米的致密保护膜，有效地排除金属表面及毛细孔内部的水份和湿气。适用范围：WD-40能够有效解决许多器件因受潮而产生的短路问题，如：汽车、舰船工业设备的电路系统、引擎点火系统、火花塞、电瓶接头部位、开关、发电机、变压器、电线线圈、马达绕线圈、配电盘、电磁开关、继电器、按钮等。并且是各种全天候器械、输变电线路及设备、舰船设备、农用机械、园林设备的最有效的降湿保养剂。邢台职业技术学院6（3）渗透除锈：WD-40的渗透性极强，能够渗透到金属表面及毛细孔内部，而且对于铁锈粒子等腐蚀沉淀物具有极好的溶解性，能够打破其粒子之间的粘结，使铁锈等沉淀物轻易脱落。*适用范围：WD-40降解锈性优秀，能够将各种因生锈而黏死的螺钉、螺帽的锈垢轻松除去，并起到长期防锈作用，被称为“不会生锈的松锈剂”。（4）润滑：WD-40能够均匀分布在金属件表面，渗透到紧密的金属摩擦副内，消除金属链接件之间的噪音，保持其灵活运转。引以为豪的是，WD-40润滑不粘灰，从而能够附着在金属表面保持长久润滑。*适用范围：WD-40可以不粘灰地润滑各种精密金属器件，如：钟表、炮台滚子、马达转