（毕业设计全套）LED粘片机芯片取放机构的结构设计及固晶臂的分析研究（打包下载）

阶数理论结果.有限元仿真结果.相对误差摆臂前三阶振型理论与数值结果基本致。

电机在运行过程中的频率为远没有达到共振的频率。

分析软件模拟出来在.附近的运动状态，如图所示图.运动状态摆动的幅度在，在可控范围内。

所以符合预期。

下图为在固有频率近的摆动状况图.摆动状况尽可能的提高摆臂的固有频率，使运动频率与机器的固有频率差距变大，远离共振区域，防止发生共振。

.扭转振动分析扭转运动的分析表固有频率运动过程分析根据对机构运动的分析，按照激振力为周期，将激振力以周期函数的形式给出得出运动的大致函数图象图.摆臂运动过程固晶臂的变截面优化设计研究固晶臂的变截面优化设计研究.摆臂的长度问题研究轴臂扭振系统分析忽略轴的转动惯量，图.转动惯量.轴原长是大约半的长度并非悬伸，故此处取其半长度，即。

振动微分方程为由此得出轴长越小刚度越大，有助于提高固有频率摆臂越短，转动惯量越小，有助于提高固有频率。

.不同质量的有限元分析研究相同结构的摆臂，如果质量属性不同，在同频率的振动下，摆动的状态也不样。

如图结构的梁，其固有频率的计算如下图.梁，其中越大即质量越大，其固有频率越小。

由于般的的振动频率都低于产品的固有频率，降低固有频率会导致机器的转动频率接近固有频率，产生共振。

所以降低质量会提高摆臂的固有频率。

但是不同的金属的刚度不尽相同，般密度大的刚度强。

但是新型金属材料的应用如钛合金，纳米合金，碳合金等产品，密度小，刚度大，是本文研究采用的金属。

运用分析软件，采用不同的金属材料在同频率下进行分析验证摆臂的对产品的影响。

铝合金材料的分析。

图.合金钢度材料的分析考虑经济型最终选取铝合金材料的摆臂作为接下来的研究。

.研究变截面摆臂的分析以上研究已得知，摆臂的质量越小，固有频率越高。

现在通过研究摆臂的结构问题来进行优化设计。

在同金属材料下，降低它的质量是关键，可以采取刚度不受影响的情况下选择去处材料。

有限元静态分析，摆臂在运动过程中的应力集中分布现象，采取在应力不集中区域剔出材料，如选择打工艺孔，在非核心受力区打凹槽处理。

下图为对比分析的不同尺寸去除材料的受力分析图图.厚度为的频率模态分析图.厚度为的受力分析经过对比，厚度为的固有频率较厚度为三的频率要低，同时由于厚度的震动幅度过大，导致摆臂在运转过程中出现疲劳受损。

经过多次对比研究，最终选择经过对不同的工艺孔，凹槽应力分析最终选取厚度为，深度为，工艺孔如图图.摆臂工艺孔设计图纸如下图.摆臂设计图创新点以及遇到的问题.本课题的创新点本课题着眼于解决企业中的实际工程问题，落脚点在于解决半导体制造装备中高速度与高精度之间的矛盾，由于这矛盾直没有得到很好的解决，国内几乎没有厂家或者学者对这矛盾进行深入地研究，因此本课题的提出本身就是大创新之举。

在这个大的创新背景之下还有如下几点创新之处采用以优化驱动分析方法对产品进行分析优化，从而实现闭环的分析与优化集成的功能传统的有限元分析方法是已知质量分布求其受力情况等的分析，而本课题是以质量作为约束来解其分布的逆命题.已有的工作条件和出现的问题已有的工作条件有必要介绍款功能强大的软件，作为多学科的仿真集成平台，能够集成并自动化用户的多学科仿真分析流程，实现设计修改再分析自动化，能应用现代设计方法至少包括试验设计敏感度分析响应面建模参数优化参数识别可靠性设计鲁棒性设计实现综合优化和自动化分析。

软件涉及的学科包括几何造型结构分析计算流体力学控制动力学冲击碰撞震动噪声和疲劳等领域。

要求能够集成这些学科所涉及到的商用软件以及用户自开发的基于以及其他编程语言的程序代码。

具备形成完整的集成优化设计综合环境，能够很方便地集成已有的成熟仿真工作流程并且自动运行。

建立的工作流应能作为模板保存使用。

工作流的管理可以定制，并支持远程调用和基于计算机集群的并行运行方式，充分利用硬件资源，提升运行速度。

的集成优化能力及可靠性经过十年以上业界工程验证，达到通用商业化工程软件水平，在国内外有广泛的应用。

具备强大的设计优化能力，内置经多年验证的企业级优化算法库，帮助用户解决各种优化问题。

包括单目标优化多目标优化局部优化全局优化连续量优化离散量优化参数标定等。

各种优化算法的参数设置直观简洁，并有完整的帮助文档对各种算法及其参数设置进行解释。

另外，提供多学科软件集成的平台，具有集成商用软件的通用接口，如等。

此软件给以后的类似的研究提供了个参考。

出现的问题出现的问题在实验验证方面可能会出现，因为学校及公司暂无比较高端的实验室及仪器能够对优化固晶臂的性能进行测试及与优化前的结构较实验。

小结长期以来我国的半导体制造设备研发直局限于对国际主流机型的被动跟随模仿，研究工作停留在使用现有模块快速集成组装为整机的表面层次，缺乏对设备共性核心技术的持续深入研究。

共性核心技术的欠缺已经成为导致我国微电子制造装备业与国际主流水平巨大差距的重要因素之。

打破具体设备的界限对运动控制等共性核心技术进行集中深入的研究是目前实现国内微电子制造装备行业跨越式发展十分紧迫的任务。

新型的半导体封装设备等对机械部件的要求集中体现在对精度和速度同时的超高要求上。

在设备设计中精度和速度上的要求是对难以调和的矛盾。

精度上的要求必然要减小设备的运行速度，速度的提高也定会降低精度的指标。

因此对精度和速度同时的超高要求是半导体封装设备等设备的开发的核心技术难点。

前人也对粘片机的核心部件固晶臂做了研究，但是只局限于简单的静力学分析，大部分结构设计还是靠经验来完成，这大大阻碍了作为极端制造技术在封装领域的发展。

全自动粘片机属于新代的半导体封装设备，它对运动指标的极限要求远远超越了般运动控制系统的能力范畴。

现在对封装设备提出的要求是每小时固晶次以上，也就是说每秒钟固晶臂来回转动次以上，固晶壁的末端的加速度是很大的，而且要有很好的起停特性。

针对这类设备的运动控制技术研究也在广度和深度上大大超出般意义上的运动控制。

不再局限于常规的运动控制器和运动控制算法，而是同等地涉及到作为完整运动系统的有机组成部分的机械结构电机驱动以及控制器算法。

本文主要在机械结构上做相应的研究，以下是以机械结构为背景所作的分析。

高精度的要求需要设备具有在高速运动下抵抗振动的极大刚度，通常对应着厚重的机械结构而极高的速度要求又必需轻质的结构以便尽量减轻负载。

因此对高精度和高速度的要求促使机械结构设计向两个截然相反的方向发展，存在着本质的矛盾。

这也正是新型半导体封装设备机械结构设计的困难和挑战所在。

新型半导体封装设备的送料机构，也就是固晶机构是设备的核心部件，其机械结构的设计要在保证精度所需的结构刚度的前提下，尽量减少移动件的重量以提高速度。

更为重要的是，新型半导体封装设备的机械结构设计已经远远超越了常规的几何形状公差负载及应力应变等静态指标而必须深入考虑共振频率和模态形状等动态因素。

当设备的机械结构处在高速运动所需的极高加速度之下时，产生加速度的驱动力和相应的反作用力极易激发机械结构的共振模态，使得在低速条件下完全刚性的结构显示出显著的柔性，产生大幅的振动。

机械结构在高速运动下的柔性使系统的非线性显著增加，导致基于系统线性模型的常规控制方法有效性下降。

这些都极大地影响设备的性能。

设备的研制急需建立套系统完整的在空间尺寸负载等约束条件下实现结构优化，达到抗振能力等动态特性指标并为运动控制策略和算法提供实用依据的有效可行的方法。

针对设备机械结构的高速动态特性问题，需要进行下面三个方面的研究。

首先进行针对柔性多体结构的数值方法建模和分析，建立套准确高效可行的设备典型运动结构的仿真方法。

设备受激产生振动时机械结构的状态不仅取决于其中单个零件本身的柔性模态，很大程度上还决定于零件间导轨等界面的交互作用，整个结构在高速运动下成为柔性多体动态系统。

这种情况下复杂的柔性模态及边界和约束条件使对系统整体的建模和分析十分困难，对运动结构动态特性的整体优化及有效控制提出了极大的挑战。

目前有限元等方法对物体间界面力学交互作用赫兹接触压力接触脱离判断等这样的非线性行为的分析都局限在时间域，而模态分析等频率域仿真则完全基于线性理论的前提。

因此物体间非线性界面力学的理论无法应用到结构的有限元模态分析中。

在实际建模分析中必须在有限元频率域理论允许的范围内策略地处理结构中零件间界面的交互作用。

般情况下零件间界面分两种情况处理采用刚性连接的零件之间直接融为体，不考虑界面的交互作用导轨等界面简化为与每个滚动体对应的高刚度压缩弹簧，这简化对于通常的导轨在预压下进入线性弹性变形区的情况是有效的，准确的弹簧刚度需要通过实验方法获得。

基于有限元方法的结构模态理论模型必须与实体样机的实验模态分析结果两相对比参照，不断完善理论模型的网格划分约束条件设置等重要因素，使理论模型逐步接近实际情况。

脉冲激光电子散斑干涉仪是结构实验模态分析的强有力工具，它在使用信号源对被测物体施加定激励的同时通过物体表面的激光散斑干涉图像获取物体各部分在激励下的应变响应，然后针对激励与应变响应这对时间域相关的信息进行频谱分析与拟合，最终得出物体的共振频率及相应模态形状等频率域特性。

脉冲激光电子散斑干涉仪通过时间域相关信号的采集与分析获取频率域参数的工作原理与更为常见的多普勒激光扫描振动测试仪非常相近。

两者之间的不同之处在于激光电子散斑干涉仪在很短的瞬间内就能获取被测物体全场的应变响应信息，而无须像激光扫描振动测试仪那样逐点扫描预先在物体表面定义的网格节点然后再根据节点信息重建物体的完整响应特性。

另外，通过激光电子散斑干涉仪获得的是物体表面的空间多维应变响应而不是激光扫描振动测试仪采集的沿激光束方向的单维速度响应。

因此激光电子散斑干涉仪相对于激光扫描振动测试仪在测试效率准确性检测信号的信息丰富程度及直接性方面具有明显的优势，是高效精确地实施实验模态分析的必备手段。

基于有限元方法的理论结构动态模型经过实验模态分析和导轨界面等效弹簧刚度实验测量如前所述，将每个导轨滚动体简化为高刚度压缩弹簧等关键实验手段的修正和完善后能够提供对设备机械结构共振频率及相应模态形状等重要特性的准确预测，为正确评价结构的动态特性提供有效的依据。

修正和完善后理论模型可以容易地复制到类似的结构上并获得与实际情况接近的分析结果，避免了实际建造验证样机所带来的研发成本的增加和研发周期的增长。

其次，在以上建立的仿真方法基础上，研究在空间尺寸负载等约束条件下由给定理想动态特性求解对应机械结构的系统和普遍路径。

这实际是前述研究的逆问题，即在能够准确计算给定机械结构几何形状及材料特性已知的动态特性的前提下寻找由给定动态特性及约束条件求解对应机械结构的方法。

有限元方法本身就是以离散单元近似简化连续物体的数值方法，它的逆问题自然没有封闭形式的理论解。

非线性优化方法是处理这类问题的有效工具。

目前已经有很多功能强大的优化软件能够和有限元分析软件接口，对有限元模型进行自动优化。

对优化过程的设置是高效获得理想结果的关键。

机械结构作为优化的对象需要具备合理的几何形状及相应的