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1、毕 业 设 计（论 文）开 题 报 告毕业设计(论文)开题报告 题 目： 晶体封焊机自动化设计 学生姓名： 孙明明 学 号： 070501504 专 业： 机械设计制造及其自动化 指导教师： 魏泽鼎（副教授） 2011 年 03月 23 日 1文献综述1.1引言49S/SMD 石英晶体制造业正向着高速、高精度、自动化、智能化和柔性化发展,但这些附加值和技术含量很高的各种新型49S/SMD 石英晶体关键生产设备目前国内一直依赖进口，价格昂贵1。大部分原有设备的晶体元件上料这道工序是人工进行的。石英晶体手工封焊劳动强度大生产效率低，产品质量不稳定，不能满足高品质、大订单生产的要求2。由于49S/S
2、MD石英晶体生产过程中，晶座和外壳要封焊在一起，而焊接前座和壳是分离的，要由手动送到焊头处，本设计就是为完成这个工序的自动化，设计一台机电一体化设备，以代替传统的人工操作，解决工厂招工困难，特别是封帽工序的瓶颈问题，提高生产效率。1.2国内外发展现状49S/SMD石英晶体已广泛应用于手机、PDA、笔记本电脑、DVD、MP4、汽车音响等大批量通讯、家电、照明以及数码信息产品中，其制造生产水平逐渐成为影响一个国家电子信息制造业的关键因素3。目前，我国已经成为世界半导体石英晶体元器件的重要生产基地，但其生产能力和制造水平还远远不能满足我国电子信息产业高速发展的需求。从产能上来讲，2001年，中国半导
3、体产业的销售额仅占国内电子信息产业总销售额的2.9%，国内的生产供给只能满足国内需求的15%。而在产品结构和档次上，我国也与日本、台湾等国家和地区存在很大的差距，例如，我国大陆市场所需的高端新型半导体器件，如IC等主要依靠进口；日本等地每只SMD器件的销售价格平均为0.43美元，而我国则为人民币0.70元，仅是国外同类产品的1/54。 造成这种局面的主要原因就是我国半导体器件石英晶体生产专用设备制造水平远远落后于世界先进水平。一方面，发达国家对半导体石英晶体制造装备的技术保留使得我国的半导体元器件制造业完全受制于引进装备的水平；另一方面，国外半导体制造装备高昂的引进、维护费用也使得我国自行生产
4、的高端新型半导体器件成本偏高，从而造成电子信息制造业整体竞争力下降。2004年国产半导体设备销售额仅占我国半导体行业销售额的0.77%,仅占全球半导体设备销售额的0.10.2%,无论在技术上还是在资金上都制约着我国集成电路产业的发展5。目前，我国半导体设备产业已成为石英晶体和集成电路产业链中最薄弱的环节之一。在半导体石英晶体元器件制造中，前工序是指芯片的生产过程，包含了光刻、切割等等；后工序是指对芯片和其他相关元器件进行组合封装的过程。和前工序制造水平更依赖于设计相比，后工序生产，如点胶、封焊等封装工序，其精度在更大程度上取决于所使用装备的水平。因此，后工序生产专用设备更能代表国家和地区电子信
5、息产业的精密制造水平6。现在，国内外已经研制出很多不同类型的封焊机自动上料机构，并且也出现了可以实现晶体封焊全套工序自动化的晶体自动封焊上料机，如烟台力凯电子科技有限公司的49S晶体自动封焊上料机。1.3国内外类似的设备目前国内外已经研制出很多针对不同封焊条件的晶体自动封焊上料机，如广州市力晶电子有限公司自主研制的晶体封帽机自动送料机构；广州省中国科学院配合深圳市星光华电子有限公司研制的新型半导体器件石英晶体封装设备。另外，除去完成这一工序的自动化，国外已经研制出实现晶体封焊全套工序的全自动化生产线，我国也有类似的设备，如烟台力凯电子科技有限公司的49S晶体自动封焊上料机（图1）。图1 49S
6、晶体自动封焊上料机这两种类型的自动上料封焊设备在很大程度上解决了晶体封焊工序中上料自动化这个问题，但还是有各自的缺点。前者大多是针对具体厂家研制，通用性不强；后者全套的自动化生产线，费用昂贵。针对传统的晶体封焊生产，更需要的是一种成本低，简单可靠，通用性强的晶体封焊自动上料装置。1.4国内外的发展趋势实现石英晶体封焊工序自动化，乃至石英晶体生产全套工序自动化是整个石英晶体行业的大势所趋7。但我国SMD晶体的生产起步比较晚，设备大都是从外国引进，拥有全套生产线的厂家并不很多，大多都是传统的49S/SMD石英晶体加工方式8，因此在传统设备上进行改进，实现晶体封焊机上料自动化是比较符合我国SMD晶体
7、生产现状的。1.5设计原则结合国内外现有的设备及其发展趋势，考虑到我国石英晶体生产的现状，本设计遵循高效率、高精度、操作简单、稳定可靠、通用性强的原则，重点在于如何实现传动的稳定可靠。最后，考虑到经济问题，则在保证以上原则的同时尽可能的降低成本。1.6搞好这个课题的意义在半石英晶体元器件制造中，后工序生产，其中包括封焊等封装工序，其精度在更大程度上取决于所使用装备的水平9。结合我国晶体生产的国情，实现晶体封焊过程中上料的自动化，可以不用传统的人工操作，解决工厂招工困难，特别是封帽工序瓶颈问题。同时为企业降低了生产成本, 提高了生产效率, 适于晶体行业推广使用。2. 本课题要研究或解决的问题和拟
8、采用的研究手段及途径2.1本课题要研究或解决的问题本课题的研究主要分为机械结构设计和系统控制部分设计两大部分，参考已有的各种定量包装机，需要解决的问题有以下几点：1机械结构的设计这部分的设计包括自动上料机械手系统硬件的设计，以及相关设备的选择以及相关联设施的设计。具体包括自动上料机械手系统中机械手指的设计，机械手臂的设计，回转机构的设计，升降机构的设计，动力源的选用，位置的控制方法及使用元件，材料的选用及处理，装备各部分尺寸以及总体布局等。最重要的是能够保证系统精确、平稳的抓取工件并送到焊头处。因为要抓取的原料分为两种，即49S/SMD石英晶体的前座和壳，所以机械手必须完成回转和升降两种动作，
9、这时候对机械手的平稳性也就有了更高的要求，如何实现机械手平稳的进行回转运动成了此设计的重中之重。另外，在保证以上要求的同时，力求机械结构和操作的简单易用，相关元件本着在不影响系统精度和稳定性的前提下尽可能的降低成本的原则进行选择。2系统控制部分设计本系统用单片机或者PLC作为控制核心，配以控制机械手运动位置的位置控制装置以及相关的其他检测装置，连接线路等。系统的控制对象是回转运动以及升降运动的动力源，包括步进电机，电磁铁、气压装置的气磁阀等；还包括机械手指对原料的夹取、行程开关的控制、机械手各个动作的先后顺序及相应的时间间隔。另外，考虑到节约生产成本, 工作空间狭小的问题, 选择什么样的元件作
10、为主控核心以及相关配件的选用也需要慎重。2.2拟采用的研究手段及途径图2 自动上料装置结构示意图 如图2 所示10: 待加工的晶振放置在料盘上分布的料槽中。传送皮带带动料盘向前运动, 当料槽对准出料口时, 料槽内的晶振在其底部振动力的作用下运动到出料口, 机械手快速的夹起晶体, 顺时针旋转至封焊头处放料, 启动封焊机对晶振进行封焊,随后机械手逆时针旋转回出料口处取料。如此往复, 进行上料、封焊的操作11。现初步拟定方案如下：1回转运动：采用步进电机实现机械手的回转运动，可以实现此设计要求的精度。其位置的控制采用行程开关即可。2升降运动：由于焊头处石英晶体底座和壳相距尺寸很小
11、，所以选用气动装置来实现垂直方向的升降运动。其位置控制则可采用电磁阀实现。3控制系统：考虑到节约生产成本, 工作空间狭小的问题，此设计采用单片机作为系统的主控中心，在此基础上进行相应的扩展。此外由于单片机的工作电压为5V , 电磁铁以及步进电机的工作电压都高于单片机的工作电压, 而且考虑环境干扰等因素,在单片机控制系统设计中需要考虑提高系统的抗干扰能力, 为此在硬件中要采用光电隔离器，使系统内、外部电路隔离, 并能有效抑制脉冲和噪声干12。此外，还有机械手指的设计，因为49S/SMD晶体比较小，其夹持装置没必要采用步进电机、丝杠之类的元件，拟采用电磁控制类的机械手指实现这一动作。2.3本课题设
12、计进度安排本次设计大体分为以下四部分：机械结构的设计、系统控制部分设计、装配图及零件图的绘制、设计说明书的编写。所以我拟定设计计划如下：1) 利用2周时间完成机械结构的设计。2) 利用1周时间完成系统控制部分设计。3) 利用4周时间对机械部分以及系统控制部分进行整理和修改，进行相应的计算，并绘制装配图以及零件图。4) 利用1周时间进行最后的修改。5) 利用1周时进行设计说明书的编写,完成本次设计任务。 参考文献1班定平， 窦洪海 .SMD 石英晶体平行封焊机的研制.机械工程师,2008年第11期2魏泽鼎，杨宜平，岳彦芳全自动晶体浸锡机的研制机械设计与制2010年7 月第7 期3高跃红封装设备中
13、对二极管和晶体管焊接黏附检测电路设计. 光学精密工程2004年8月第12卷第4期4. 陕西华星电子工业公司石英晶体元器件生产线科技咨询. 2008,(1)5张笑阳， 马京路，张振友提高定量包装秤效率方法的探讨 仪器仪表用户.2007，14(3)6班定平， 窦洪海SMD 石英晶体全自动点胶机的研制机械工程师.2009年第3期7任省平石英晶体市场分析及策略市场透视2001年8月第3卷第8期8赵文宏, 赵蓉, 邓乾发, 杨碧波, 袁巨龙石英晶片加工现状与发展航空精密制造技术2011年2月第47卷第1期9林怡萤台湾石英晶体产业之灵活发展策略BCN/世界电子元器件1996，710工业机械手图册编写组. 工业机械手图册M.北京:机械工业出版社.197811樊明 , 魏泽鼎, 韩堤文晶振封焊自动上料装置研制.机械与电子.2008(2)12. 何立民.MCS-51单片机应用系统设计系统配置与接口技术M.北京：北京航空航天大学出版社,19941毕业设计（论文）开题报告指导教师意见： 指导教师： 年 月 日
