。芯片拾放装置是粘片机最重要的部件，其功能是将晶圆上已切割分离成粒粒的芯片逐个吸起，传送并放置到引线框架上涂有银浆的装载杯中，使芯片在引线框架上被粘焊固定。芯片拾放装置需要精确快速平稳地往返于拾片和粘片两个位置，实现拾取传送和放置芯片等动作。摆杆是芯片拾放机构中最重要的部件。摆杆既要精密轻巧又要刚度高。摆杆质量的好坏直接影响到粘片机速度的提高。传统的设计只是要求摆杆转动半径要达到要求，尽量省材料。摆杆在工作过程中，当摆到引线框架上方时，压缩空气通到吸嘴，迅速将芯片吹出释放，并通过吸嘴对芯片施加压力将芯片放置在引线框架上涂有银浆的位置。为此通过对摆臂进行静力学分析以及振动分析来模拟摆臂在运动过程中即将出现的问题，同时为尽可能地满足生产要求提供定的实验依据。图.摆臂工业生产中常见的是连接套与摆臂相连，也有三段的连接体，如图示图.三段连接体二段以上的拥有缓冲的优势，在嵌套上面连接传感器，保证晶体破坏，但是二段及以上段在高速运转的周期运转下固连部件容易出现松动，影响精度。.固晶臂静力学分析粘片机关键部件是焊头运动机构。焊头主运动结构要求在垂直平面内实现两个方向的运动,在高速运动的同时还要求定位高运动平稳。焊头的作用是将晶圆上已切割分离成片片的芯片逐个吸起,传送并放置到引线框架上,使得芯片在引线框架上被粘焊头通常由两个电机分别驱动。为了使焊头运动平稳,在设计机架的时候定要使机架固有频率避开驱动电机的运动频率及倍频,以减少共振。有限元分析的工具通常,使用建立复杂的三维实体模型比较麻烦,所以在般情况下使用三维软件例如等来建立几何模型,同时将该模型转换为认可的文件格式,例如格式和格式。将格式的模型文件导人,可以发现该模型往往存在或多或少的缺陷,例如线或面之间存在小间隙出现多余的图元等,这都是模型文件进行转换时所造成的不良影响。我们可以使用中的几何和拓扑修复工具对这些缺陷进行修复和完善,有时候效果并不是很好,这对分析结果会造成影响。同时,的操作界面不是很友好,有时还需要进行文字命令输入,而且在进行模态以及谐响应分析时,占用的内存资源过多,并会消耗大量的时间。有限元静力学分析方程静力学分析是指求解不随时间变化的系统平衡问题,如线弹性系统的应力等。线性方程的等效方程为式中为总刚度矩阵为节点位移矢量，为单元数，为单元刚度矩阵，为支反载荷矢量，为所受的总外载荷。通过式和式得出各点的位移矢量。根据位移插值函数，由弹性力学中的应变和唯应力和应变的关系，得出节点的应变和应力表达式εεε式中，ε为由应力引起的应变，为节点上的应变位移矩阵，为节点上的位移矢量，ε为热应变矢量本文不考虑，为应力矢量，为弹性矩阵系数。求解式和式，得到各节点的应力。摆臂静力学分析在里可以先划网格，然后再定义单元类型，对划好的单元赋以材料属性.的几何模型从三维软件导入.进行有限元分析时，如果要准确模拟这些特征，需要用到很多小单元，导致求解时间延长。只需要简化的几何模型，因此需要对模型部件的些细节信息进行简化，以便于网格划分和分析。此外，模型的些几何信息在导入时可能会出错，如导入曲面数据时可能会存在缝隙重叠边界错位等缺陷，导入单元质量不高，求解精度差。般，所有的有限元软件的单位都是需要用户自己定义。不过有些软件也有些默认的单位，例如长度单位是质量单位是等。用户在设置单位的时候要注意所有的单位要形成个“封闭的回路”。例如，当质量的单位是，时间的单位是，长度单位是，那么根据牛顿第二定律，即的单位为。把三维软件的几何模型导入到之前最好把零件组装成装配体的形式，因为对几何模型进行切分在三维软件里操作要比在软件里操作起来方便多了。另外，由于只是对摆杆的中间部分进行优化，当把中部分修改了尺寸局部修改，摆杆最左边的部分和最右边的部分的网格可以完全不作改变，只需要把中间部分的几何模型重新导入，再单独对这部分进行网格划分就可以了。当然，由于这里的摆杆整体模型也不是很复杂，上面提到的这些操作也可以在里完成。摆杆约束和载荷摆杆静力分析主要是为了算出没有优化前的摆杆在受力情况下的位移。根据实际工作中的要求，摆杆在竖直方向的位移要求小于，摆杆在受到电机扭矩作用后水平方向的位移要求在之间。摆杆和抱夹零件的材料类型采用铝合金，弹片的材料类型采用碳素钢。整个摆杆采用单元。单元是实际分析中比较常用的单元。常见的实体单元有六面体单元，四面体和棱柱体六面体单元，五面体单元和带中间节点的四面体单元，这些单元的计算精度都是很高的，它们的区别在于个六面体单元只有个节点，计算规模小，但是复杂的结构很难划分出好的六面体单元，带中间节点的四面体单元恰好相反，不管结构多么复杂，总能轻易地划分出四面体，但是，由于每个单元有个节点，总节点数比较多，计算量会增大很多。在只考虑只受惯性冲击力的作用下，整个摆杆也可以采用梁单元或者单元。由于在吸嘴部位有孔存在，采用梁单元不是很合适。如果只是从静力分析的角度考虑，用单元是很合适的。整个摆杆采用单元，抽取中面划网格，网格数量比较少，分析比较快。但是，由于考虑到后面将要做拓扑优化进行初步概念设计和接下来要做的模态分析，采用单元后，后续的分析又要重新划网格才能看到拓扑优化后的材料密度云图或者称为材料分布，综合考虑，整个摆杆最后采用了阶的单元。其实这里也可以用二阶的单元，但是在实际计算中采用二阶的单元，由于节点数目巨大，计算起来速度很慢。摆杆受到扭矩作用的时候，水平方向的位移就没有被限制。所以这个时候整个装配体的约束就加在抱夹零件孔壁上的节点上，限制节点的方向的自由度。由于实体单元只有三个方向的自由度，所以这样的约束就使整个装配体固定了下来。这个约束也可以这样处理，先在抱夹零件孔的端面的圆心点创建两个临时节点，然后把这两个节点用刚性单元连接起来。临时节点与圆周上的节点也用刚性单元连接起来，最后在临时节点的地方限制自由度。这里临时节点和圆周上的节点用刚性单元连接起来是为了圆周上的节点与临时节点的位移致。其效果与第种约束的效果是致的。由于整个装配体在实际工作中绕抱夹零件的孔的中轴转动，所以也可以在抱夹零件的端面新建立个坐标系，然后限制三个方向的平移自由度。在正常工作中，摆杆转到引线框架上，顶针将晶圆刺破顶起，这个顶起过程中，根据初始设计的计算大概只有.比较小。另外，焊头在竖直方向运动是个变速运动，最大的加速度是.转到晶圆盘上的时候就要求摆杆在竖直方向尽快停下来，即使有振动也要使在竖直方向的位移尽量小，否则会很容易使晶圆破碎。假设这个时候摆杆在刻停下来了，但是由于惯性，冲击力按最大的加速度计算，这个力按照最大值估计。摆杆在水平转动过程中也是个变速运动。电机输出扭矩也是个变化值。这个扭矩按照实际设计中步进电机的最大输出扭矩.•来计算。摆杆静力学分析计算摆臂在速.加速度.材料选择铝合金。结果通过有限元分析图.分析结果软件，分析出摆臂的应力分布图.。网格的应力集中分布点。位移结果如下图.所示图.位移结果摆臂的振动幅度在左右，满足位移满足设计要求。但是，现在的摆杆质量还是比较大，摆杆转动起来迎风面积也是比较大，而且转动中心和重心偏离比较远，所以需要要进步优化。图.进步优化结果以下图纸为静力学分析的报告图.静力学分析报告.对有摆臂限元分析要注意的事项几何模型的“质量”直接影响到分析的结果。有些复杂的机械零件或者装配体,动辄几百几千万节点单元,计算机的分析能力也时有限的,用原型进行有限元分析也时不现实的。所以在进行有限元分析之前要对几何模型进行合理的简化。传统的方法多采用相似性原理来简化，是对于形状相对复杂的零件,尤其是装配体,建立简化模型也很困难。模态分析为我们建立个合理合适的模型提供了较好的方法。用于模态分析的模型由,实体三维建模完成。所谓简化就是去除些小孔小的圆角,小的台阶等次要特征。因为这些小的台阶,小的圆角,小的孔很容易造成网格化时生成畸形的网格,最终导致有限元分析不能进行下去。这里的“小”是个相对的概念。“小”是相对于整个几何模型或者装配体模型而言。当然,这里的简化也要时针对分析目标。在不影响分析目标结果的情况下,我们才可以合理简化。至于简化后的模型是否和原型有相似的动态特性,可以通过对原型和模型的模态分析比较来验证。由于模态分析,尤其是低阶模态对系统的动态特性影响较大,因此通过比较模型的低阶模态和原型的低阶模态,般两者相差不超过就应该认为简化是合理的。优化分析单击,新建个算例,算例类型选“优化”。右键单击“优化”算例下的“目标”,选择质量最小。在设置“设计变量”前要将相关的特征尺寸显示出来。在中右键单击第个“注解”,选择“显示特征尺寸”。将不相关的尺寸隐藏起来,然后把相关的尺寸重新命名。其方法是选中相关的尺寸,右键单击,选择“属性”,更改尺寸的名称。在这里要注意的是,新建的算例也好,尺寸的名称也好,最好只用英文或者英文字符即拼音字母。有时候用中文字符会造成分析的失败。设置相关尺寸的名称最好在分析之前完成。右键单击“设计变量”,选择“添加”,然后用鼠标选择相关的尺寸。其他的设置按照要求完成就行了。添加约束的方法和添加设计变量的方法类似。设置完成后,右键单击“优化”,选择“运行”。本次优化的最后结果如图。图.固晶臂优化结果图最终的总质量为,模式的频率为.,符合开始的设计要求。同时对材料的金属材料进行优化，根据实验以下会提及分析，在刚度越大，有助于提高固有频率，选择轻型，刚度大的材料进行分析也是今后研究的方向。在实践中，经常需要对变截面梁或变截面轴进行动力分析，求其横向振动的固有频率。为了简化计算，将变截面梁看成系列集中质量无质量的梁和支承个接着个连接而成的系统这种力学模型显然是不精确的。为提高计算精度，势必要增加分割单元的数目，则计算工作量随之而增加。如果采用连续体力学模型来计算变截面梁横向振动的固有频率，则计算精度必然大为提高。但按传统的计算方法是很繁琐的按梁的不同刚度分段分别建立以挠度表示的高阶微分方程考虑段与段连接处内力变形的连续条件，求出此高阶微分方程的通解再由梁两端边界条件，最后求出梁自由振动时阶固有频率。求解方程过程复杂，难以编制适合于不同形状刚度的变截面梁求解固有频率的通用计算机程序，不利于工程设计的应用。采用连续体作为力学模型，但提出的方法与传统方法不同。传统方法分析梁的横向振动时，是求解同种变量挠度表示的高阶微分方程而本研究将四种变量挠度转角弯矩和剪力作为混合变量称为状态变量，它代表了梁个截面的变形和内力的状态。建立了以状态变量表示的仅为阶齐次常微分方程，形式简单，极易求解。矩阵表示了梁段两端状态变量的传递关系。它普遍适用于求解各种边界条件下的阶梯梁及带集中质量和弹性支承梁的横向振动固有频率，具有普遍性。固晶臂弯曲振动固有频率和振型函数.固有频率理论研究铝合金密度杨氏模量。计算单位长度质量截面惯性矩.摆臂尺寸如图.示图.第二三阶固有频率横向，扭转等截面处理横向振动悬臂梁边界条件特征方程为.固有频率.振型函数为其中前三阶特征根的平方为.。理论得出前三阶段的固有频率表前三阶段固有频率.