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畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開(kāi)題報(bào)告 題目 面向LED封裝的XY二自由度的工作臺(tái)的設(shè)計(jì) 專 業(yè) 名 稱 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 班 級(jí) 學(xué) 號(hào) 學(xué) 生 姓 名 指 導(dǎo) 教 師 填 表 日 期 2011 年 1 月 23 日 說(shuō) 明 開(kāi)題報(bào)告應(yīng)結(jié)合自己課題而作，一般包括：課題依據(jù)及課題的意義、國(guó)內(nèi)外研究概況及發(fā)展趨勢(shì)（含文獻(xiàn)綜述）、研究?jī)?nèi)容及實(shí)驗(yàn)方案、目標(biāo)、主要特色及工作進(jìn)度、參考文獻(xiàn)等內(nèi)容。以下填寫(xiě)內(nèi)容各專業(yè)可根據(jù)具體情況適當(dāng)修改。但每個(gè)專業(yè)填寫(xiě)內(nèi)容應(yīng)保持一致。 一、選題的依據(jù)及意義： 工作臺(tái)系統(tǒng)是LED封裝行業(yè)中的一種重要制造裝備。LED行業(yè)在我國(guó)作為一個(gè)新興行業(yè)，這幾年來(lái)發(fā)展較快，特別是新型半導(dǎo)體（LED）照明，隨著發(fā)光材料與發(fā)光技術(shù)的不斷革新，半導(dǎo)體技術(shù)在照明領(lǐng)域掀起了一場(chǎng)新的革命——半導(dǎo)體照明。半導(dǎo)體（LED）照明產(chǎn)品，尤其是氮化鎵基（GaN）白光 LED照明光源體積小、重量輕、方向性好并可耐各種惡劣條件，在功耗、壽命以及環(huán)保等方面均有不可比擬的優(yōu)越性。隨著第三代半導(dǎo)體材料氮化鎵的突破和藍(lán)、綠、白光LED的問(wèn)世，半導(dǎo)體照明工具有望替代傳統(tǒng)白熾燈、日光燈、鹵素?zé)舻闹鲗?dǎo)地位，成為廣泛應(yīng)用的節(jié)能環(huán)保的優(yōu)質(zhì)光源，成為照明行業(yè)的主流產(chǎn)品。甚至有人評(píng)價(jià)說(shuō)，半導(dǎo)體照明帶來(lái)的是“照明領(lǐng)域的第三次革命”，“其意義不亞于以人類高高舉起第一根火把和愛(ài)迪生發(fā)明第一只白熾燈為代表的前兩次照明領(lǐng)域的革命?！蹦壳?，LED作為“照亮未來(lái)的技術(shù)”，已受到越來(lái)越多國(guó)家的重視。 封裝是指安裝半導(dǎo)體電路外殼，不僅起著安放、固定、密封、保護(hù)芯片使之不受外界環(huán)境干擾和腐蝕破壞的作用，而且是溝通內(nèi)部電路與外部電路的橋梁。所謂LED封裝加工是將晶片上的連接點(diǎn)用導(dǎo)線封裝外殼的引腳上，這些引腳又通過(guò)導(dǎo)線與其他電路連接，因此，封裝對(duì)LED芯片起著重要的作用。而陰險(xiǎn)鍵合(Wire blonding)技術(shù)仍然是LED封裝連接技術(shù)中廣泛使用的靈活形式，焊線機(jī)是用鋁線（或其他材料）把電路板上的壓焊點(diǎn)與外殼或引線框架上的外引線引出端通過(guò)鍵合連接起來(lái)。 信息化社會(huì)的到來(lái)，促進(jìn)了現(xiàn)代信息顯示技術(shù)的發(fā)展，形成了CRT、LCD、PDP、LED、EL、DLP等系列的信息顯示產(chǎn)品，縱觀各類顯示產(chǎn)品，各有其所長(zhǎng)和適宜的市場(chǎng)應(yīng)用需求。隨著LED材料技術(shù)和工藝的提升，LED顯示屏以突出的優(yōu)勢(shì)成為平板顯示的主流產(chǎn)品之一，并在社會(huì)經(jīng)濟(jì)的許多領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，主要包括： （1）證券交易、金融信息顯示。這一領(lǐng)域的LED顯示屏占到了前幾年國(guó)內(nèi)LED顯示屏需求量的50%以上，目前仍有較大的需求。 （2）機(jī)場(chǎng)航班動(dòng)態(tài)信息顯示。民航機(jī)場(chǎng)建設(shè)對(duì)住處顯示的要求非常明確，LED顯示屏是航班住處顯示系統(tǒng)FIDS（Flight information Display system）的首選產(chǎn)品。 （3）港口、車(chē)站旅客引導(dǎo)信息顯示。以LED顯示民間為主體的信息系統(tǒng)和廣播系統(tǒng)、列車(chē)到發(fā)揭示系統(tǒng)、票務(wù)信息系統(tǒng)等共同構(gòu)成客運(yùn)樞紐的自動(dòng)化系統(tǒng)，成為國(guó)內(nèi)火車(chē)站和港口技術(shù)發(fā)展和改造的重要內(nèi)容。 （4）體育場(chǎng)館信息顯示。LED顯示屏作為比賽信息顯示和比賽實(shí)況播放的的主要手段已取代了傳統(tǒng)的燈光及CRT顯示屏，在現(xiàn)代化體育場(chǎng)館成為必備的比賽設(shè)施。 （5）道路交通信息顯示。智能效通系統(tǒng)（ITS）的興起，在城市效通、高速公路等領(lǐng)域，LED顯示民間作為可變情報(bào)板、限速標(biāo)志等，得到普遍采用。 （6）調(diào)度指揮中心信息顯示。電力調(diào)度、車(chē)輛動(dòng)態(tài)跟蹤、車(chē)輛調(diào)高度管理等，也在逐步采用高密度的LED顯示屏。 （7）郵政、電信、商場(chǎng)購(gòu)物中心等服務(wù)領(lǐng)域的業(yè)務(wù)宣傳及信息顯示。 （8）廣告媒體新產(chǎn)品。除單一大型戶內(nèi)、戶外LED顯示屏做為廣告媒體外，集群LED顯示屏廣告系統(tǒng)、列車(chē)LED顯示屏廣告發(fā)布系統(tǒng)等也已得到采用并正在推廣。 （9）演出和集會(huì)。大型LED顯示屏越來(lái)越普遍的用于公共和政治目的的視頻直播，如在我國(guó)建國(guó)50周年大慶、世界各地的新千年慶典等重大節(jié)日中，大型LED顯示屏在播放實(shí)況和廣告信息發(fā)布方面發(fā)揮了卓越的作用。 （10）展覽會(huì)，LED顯示大屏幕作為展覽組織者提供的重要服務(wù)內(nèi)容之一，向參展商提供有償服務(wù)，國(guó)外還有一些較大的LED大屏幕的專業(yè)性租賃公司，也有一些規(guī)模較大的制造商提供租賃服務(wù)。 經(jīng)過(guò)近十年的發(fā)展，我國(guó)LED顯示屏產(chǎn)業(yè)發(fā)展目前已初具規(guī)模，基本形成了一批具有一定規(guī)模的骨干企業(yè)。進(jìn)入新世紀(jì)，光電子產(chǎn)業(yè)得到廣泛的重視，一些具有實(shí)力和影響的企業(yè)把LED顯示屏作為經(jīng)營(yíng)戰(zhàn)略發(fā)展的重要內(nèi)容，涉足LED顯示屏產(chǎn)業(yè)，中國(guó)加入WTO、北京申奧成功等，成為L(zhǎng)ED顯示屏產(chǎn)業(yè)發(fā)展的契機(jī)，預(yù)計(jì)在近兩年內(nèi)，我國(guó)的LED顯示屏產(chǎn)業(yè)將會(huì)有較大的調(diào)整和發(fā)展。 目前國(guó)內(nèi)主要LED顯示民間制造廠商主要集中在華東、華北、華南區(qū)域，大型制造商的市場(chǎng)范圍幾乎覆蓋整個(gè)國(guó)內(nèi)市場(chǎng)。國(guó)內(nèi)LED廠商數(shù)量也在逐增加，目前比較上規(guī)模的（年產(chǎn)值在300萬(wàn)元以上）估計(jì)有150余家，其中年產(chǎn)值上千萬(wàn)的有20余家。而且由于國(guó)產(chǎn)LED顯示屏的性價(jià)比比較高，市場(chǎng)占有率近100%，國(guó)外同類產(chǎn)品基本沒(méi)有市場(chǎng)。目前在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上，國(guó)產(chǎn)LED顯示屏的市場(chǎng)占有率近100%，國(guó)外同類產(chǎn)品基本沒(méi)有市場(chǎng)，四十三屆世乒賽主會(huì)場(chǎng)天津體育中心、京九鐵路、北京西客站首都機(jī)場(chǎng)、浦東機(jī)場(chǎng)等，均由國(guó)內(nèi)代表企業(yè)中標(biāo)。國(guó)內(nèi)LED顯示屏產(chǎn)品及市場(chǎng)發(fā)展迅速，廠家眾多，但目前主導(dǎo)骨干企業(yè)群尚在形成之中，處于群雄逐鹿的時(shí)代。隨著LED顯示產(chǎn)品行業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)逐步變得有序，市場(chǎng)即將轉(zhuǎn)入規(guī)模化、品牌化競(jìng)爭(zhēng)，當(dāng)逐步形成實(shí)力占據(jù)市場(chǎng)分額50%以上的三到五家企業(yè)時(shí)，顯示屏市場(chǎng)將趨于成熟。 節(jié)能是LED最大的特點(diǎn),在我國(guó)具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。中國(guó)照明用電約占總電量的12%, 保守估計(jì)2010年我國(guó)總發(fā)電量將達(dá)到30000億度,照明用電將達(dá)到約3600億度,如能節(jié)約一半的照明用電就是1800億度,相當(dāng)于兩個(gè)三峽電站的年發(fā)電量。照明節(jié)能產(chǎn)生了兩方面益處：能源消耗的節(jié)約和二氧化碳?xì)怏w排放的減少。 根據(jù)LED顯示屏專業(yè)委員會(huì)的統(tǒng)計(jì)，2001年成員單位的出口額約為4億元人民幣，這是LED顯示屏走向國(guó)際市場(chǎng)的良好跡象。國(guó)產(chǎn)LED顯示屏走出國(guó)門(mén)加入國(guó)際市場(chǎng)將使LED產(chǎn)業(yè)得到大的提升。 據(jù)科學(xué)界預(yù)測(cè)，到2008年，全球LED的產(chǎn)值將從 2004年的125億美元提高到500億美元。美國(guó)能源部研究報(bào)告分析，到2010年，美國(guó)將有55％的白熾燈和熒光燈被半導(dǎo)體燈替代，每年節(jié)約電費(fèi)可達(dá) 350億美元，半導(dǎo)體燈有望形成500億美元的大產(chǎn)業(yè)。韓國(guó)政府也拿出1億美元發(fā)展本國(guó)的LED照明產(chǎn)業(yè)。日本則提出，2006年將用半導(dǎo)體燈大規(guī)模替代傳統(tǒng)的白熾燈。目前，美國(guó)GE、荷蘭飛利浦、德國(guó)歐斯朗三大世界照明生產(chǎn)巨頭紛紛與半導(dǎo)體公司合作組建半導(dǎo)體照明公司，搶占產(chǎn)業(yè)制高點(diǎn)，目標(biāo)是使半導(dǎo)體照明成為21世紀(jì)的新光源。 二、國(guó)內(nèi)外研究概況及發(fā)展趨勢(shì)（含文獻(xiàn)綜述）： 目前，大多數(shù)封裝裝備中采用的是電機(jī)——滾珠絲杠式的驅(qū)動(dòng)方式，伺服電機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)是通過(guò)絲杠轉(zhuǎn)為定位平臺(tái)的直線運(yùn)動(dòng)，其極限加速度可以達(dá)到1g。 日本發(fā)明了一種采用直線電磁電機(jī)驅(qū)動(dòng)的XY定位平臺(tái)，可以有效地提高定位系統(tǒng)的速度和可靠性。省去了旋轉(zhuǎn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)中的傳動(dòng)環(huán)節(jié)，從而都不痛的提高了 XY定位平臺(tái)的性能。但目前存在的問(wèn)題是，無(wú)論用哪種直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)方式，動(dòng)補(bǔ)痛程度的存在滯后、有限響應(yīng)、有限加速度及速度等問(wèn)題，且不同程度的限制了定位精度的進(jìn)一步提高。音圈電機(jī)(Yoica Coil Aotuator)是另一種可用于直接驅(qū)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)元件它是基于安培力原理制造的，除了和直線電機(jī)一樣避免了傳動(dòng)環(huán)節(jié)存在間隙等不足外，在理論上具有無(wú)限分辨率，還有無(wú)滯后、高響應(yīng)、高加速度、高速度、體積小、力特性好、控制方便等優(yōu)點(diǎn)使音圈電機(jī)更適用于要求高加速度，高頻激勵(lì)，快速和高精度定位的控制系統(tǒng)中[ss.}s]將其用于高頻啟動(dòng)和轉(zhuǎn)向的引線鍵合設(shè)備定位機(jī)構(gòu)中，無(wú)疑是理想的選擇。 如下圖所示即為音圈電機(jī)應(yīng)用在半導(dǎo)體加工設(shè)備中的XY定位平臺(tái)上的實(shí)例，在該X7定位平臺(tái)單方向，即X向采用了傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的音圈電機(jī)驅(qū)動(dòng)，Y向 則用平面直線電機(jī)驅(qū)動(dòng).新加坡發(fā)明的雙向都采用音圈電書(shū)1來(lái)驅(qū)動(dòng)的XY精密定位平臺(tái)，即在該安裝有焊頭的XY定位平臺(tái)中，其X向和Y向均采用音圈電機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)焊頭在水平面的兩自由度運(yùn)動(dòng)。又比如美國(guó)BEITedmologies公司的音圈電機(jī)也有用在XY定位平臺(tái)上的成功范例。 近年來(lái)，隨著電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，各種形式的封裝樣式越來(lái)越多，LED封裝高速、高精度的需求日益緊迫。為進(jìn)一步提高質(zhì)量和生產(chǎn)率，對(duì)該類設(shè)備的運(yùn)動(dòng)精度和運(yùn)動(dòng)速度、加速度等性能提出了更高的要求，也體現(xiàn)了該類作業(yè)裝備向高速、高精度方向發(fā)展的趨勢(shì)。這就要求LED的封裝技術(shù)不斷的發(fā)展和改良。 3、 研究?jī)?nèi)容及實(shí)驗(yàn)方案： 主要研究面向LED封裝的XY二自由度的工作臺(tái)的設(shè)計(jì)，主要工作包括電機(jī)的選擇、導(dǎo)軌的選擇、軸承的選擇、滾珠絲桿的設(shè)計(jì)、聯(lián)軸器的選擇、機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)。 四、目標(biāo)、主要特色及工作進(jìn)度 目標(biāo)：工作臺(tái)運(yùn)行能達(dá)到精度要求，工作臺(tái)運(yùn)行可靠。 主要特色：能自動(dòng)調(diào)節(jié)運(yùn)行精度。 工作進(jìn)度：第一周查閱有關(guān)資料，做好準(zhǔn)備工作，完成電機(jī)的選擇 第二周完成軸的設(shè)計(jì)以及軸承的選擇 第三周完成帶與帶輪的設(shè)計(jì)，完成X軸上旋臺(tái)的設(shè)計(jì) 第四周完成導(dǎo)軌的設(shè)計(jì)，完成滾珠絲桿的設(shè)計(jì)工作 第五周完成聯(lián)軸器的設(shè)計(jì)以及X-Y工作臺(tái)機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì) 第六周完成工作臺(tái)二維與三維圖紙的繪制，并完成文字的整理工作。 5、 參考文獻(xiàn) [1] 璞良貴，紀(jì)名剛主編.機(jī)械設(shè)計(jì).第七版.北京：高等教育出版社，2001 [2] 趙松年，張奇鵬. 機(jī)電一體化機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì).北京： 機(jī)械工業(yè)出版社，1996 [3] 徐灝主編，機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè).北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1995.12 [4] 李克永.化工機(jī)械手冊(cè). 天津: 天津大學(xué)出版社，1991.5 [5] M F Caggiano, E Barkley, M Sun, J T Kleban, Electrical modeling of the chip scale ball grid array package at radio frequencies, Microelectronics Journal, 2000, 31:701～709