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機(jī)械設(shè)計(jì)制造及自動(dòng)化（機(jī)電）專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 論文題目 硅單晶片有蠟拋光工藝自動(dòng)貼片設(shè)備設(shè)計(jì) 學(xué)生姓名 方勇華 學(xué) 號(hào) 20081330070981 指導(dǎo)教師 姜獻(xiàn)華 專 業(yè) 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及自動(dòng)化（機(jī)電） 年 級(jí) 2008年春季 學(xué) 校 浙江電大開化分校 浙江廣播電視大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 目 錄 第一章 硅拋光片基本概念和工藝介紹 1 1.1 硅單晶拋光片的定義 1 1.2 有蠟拋光片工藝常用配件簡(jiǎn)介 1 1.3 目前使用有蠟拋光片工藝簡(jiǎn)介及特點(diǎn) 2 第2章 本設(shè)計(jì)的任務(wù)和目的 3 2.1 自動(dòng)貼片的設(shè)計(jì)任務(wù)和目的 3 2.2 自動(dòng)與手動(dòng)貼片工藝對(duì)比 3 第3章 制定設(shè)備基本要求 3 3.1完成生產(chǎn)需要的設(shè)備基本參數(shù)要求 3 3.2 機(jī)械方向的基本要求 4 3.3 電氣方向的基本要求 4 3.4 管道設(shè)計(jì)的基本要求 4 第4章 根據(jù)設(shè)備基本要求制定具體設(shè)計(jì)方案 4 4.1陶瓷盤自動(dòng)搬運(yùn)和加熱控制的利用 4 4.2整機(jī)機(jī)架的設(shè)計(jì) 5 4.3陶瓷盤旋轉(zhuǎn)托盤轉(zhuǎn)速和傳動(dòng)的設(shè)計(jì) 5 4.4陶瓷盤旋轉(zhuǎn)角度的設(shè)計(jì) 6 4.5陶瓷盤托盤及與主軸聯(lián)接設(shè)計(jì) 6 4.6托盤主軸承受壓力的設(shè)計(jì) 7 4.7取硅片時(shí)中心定位設(shè)計(jì) 7 4.8取硅片部分設(shè)計(jì) 8 4.9壓硅片氣缸設(shè)計(jì) 9 4.10壓片氣囊設(shè)計(jì) 9 4.11電氣控制設(shè)計(jì) 10 4.12局部環(huán)境設(shè)計(jì) 10 第5章自動(dòng)運(yùn)行過程詳解 10 結(jié)論 13 參考文獻(xiàn) 13 硅單晶片有蠟拋光工藝自動(dòng)貼片設(shè)備設(shè)計(jì) [摘要]：當(dāng)今社會(huì)以進(jìn)入了電子信息的時(shí)代，微處理芯片的發(fā)明徹底改變了世界，微電子、信息技術(shù)的水平己被視為一個(gè)國家現(xiàn)代化水平的重要標(biāo)志。IC級(jí)硅單晶拋光片是半導(dǎo)體芯片和功率集成電路的主體功能材料，也是多種高能探測(cè)器和特殊功率器件等的主體功能材料。在目前國內(nèi)剛開始研發(fā)硅單晶拋光片的初期，需要硅行業(yè)產(chǎn)家自己開發(fā)一些簡(jiǎn)單實(shí)用的設(shè)備，對(duì)生產(chǎn)工藝進(jìn)行初步的研究和探索，以便為將來批量生產(chǎn)提供確實(shí)可行的生產(chǎn)依據(jù)。硅單晶片拋光工藝是IC級(jí)半導(dǎo)體晶片加工中最關(guān)鍵的生產(chǎn)環(huán)節(jié)，本自動(dòng)貼片設(shè)備就是針對(duì)解決硅片拋光生產(chǎn)中，有蠟拋光生產(chǎn)工藝出現(xiàn)問題。 [關(guān)鍵詞]：硅單晶片 有蠟拋光 自動(dòng)貼片 緒論 本設(shè)計(jì)為硅單晶片拋光片無蠟拋光工藝生產(chǎn)設(shè)備，設(shè)計(jì)的目是為了改善有蠟拋光生產(chǎn)工藝的參數(shù)提高產(chǎn)品質(zhì)量和穩(wěn)定性并有效降低生產(chǎn)成本和工人勞動(dòng)強(qiáng)度。本設(shè)計(jì)設(shè)備所需完成的生產(chǎn)工作，是基于有蠟拋光生產(chǎn)工藝手工操作全過程演變而來。本文將簡(jiǎn)單介紹硅單晶片有蠟拋光生產(chǎn)工藝流程，著重講解本設(shè)備機(jī)械自動(dòng)化各部件的設(shè)計(jì)思路、設(shè)計(jì)目和本設(shè)計(jì)設(shè)備的工作原理和自動(dòng)化運(yùn)行全過程。本設(shè)備在功能設(shè)計(jì)方向，充分考慮生產(chǎn)需要和人身、產(chǎn)品、設(shè)備的安全。本設(shè)備在自動(dòng)化設(shè)計(jì)方向，充分利用了中央廣播電視大學(xué)本科學(xué)習(xí)所掌握的機(jī)械自動(dòng)技術(shù)。 第一章 硅拋光片基本概念和工藝介紹 1.1 硅單晶拋光片的定義 硅單晶拋光片的定義：通過化學(xué)和機(jī)械作用，來獲得的表面無損傷、平整、光亮鏡面的硅單晶硅片，稱為硅單晶拋光片。 硅單晶拋光片有許多定性的參數(shù)如TTV、TIR、STIR、TAPER等，因?yàn)橄掠萎a(chǎn)品的要求不同，沒有一個(gè)確定的數(shù)值。 1.2 有蠟拋光片工藝常用配件簡(jiǎn)介 硅單晶拋光片在使用手動(dòng)貼片的有蠟拋光工藝生產(chǎn)過程中，常用到一些設(shè)備或工具，通過了解常用設(shè)備或工具的性能，能更好的了解硅片自動(dòng)貼片設(shè)備對(duì)有蠟拋光工藝帶來的影響和提高。在手動(dòng)貼片有蠟拋光工藝中，常用的設(shè)備或工具有： 1．陶瓷盤：為直徑520mm 、重量為15kg陶瓷材質(zhì)的圓盤.作用是固定待拋光的單晶硅硅片。 2．自制帶有耐高溫橡膠墊的金屬桿：長(zhǎng)約1500mm.凸起的耐高溫橡膠墊直徑比與配用硅片的直徑略大，配合金屬桿用來壓需要固定在陶瓷盤上的硅片。 3．拋光機(jī)是拋光生產(chǎn)關(guān)鍵設(shè)備：作用是固定并帶動(dòng)貼有硅片的陶瓷旋轉(zhuǎn)，并能進(jìn)行對(duì)陶瓷盤加壓、水、拋光液、拋光時(shí)間等一系列控制。 4．其它輔助工具：如搬高溫陶瓷盤的石棉手套，對(duì)陶瓷進(jìn)行清潔的酒精和潔凈室專用無塵布，貼片中用來便于定位的強(qiáng)光燈。 在使用自動(dòng)貼片設(shè)備進(jìn)行操作中，除了陶瓷盤和拋光機(jī)必需的設(shè)備外，別的都不需要使用。 1.3 目前使用有蠟拋光片工藝簡(jiǎn)介及特點(diǎn) 硅單晶拋光工藝：是通過化學(xué)腐蝕和機(jī)械磨擦，從而獲得表面平整，無損傷的鏡面，以顯露出完美的晶體原子排列面，改善硅片如TTV、TAR、STAR等重要參數(shù)。硅單晶拋光片的拋光工藝可分為：有蠟貼片拋光和無蠟貼片拋光兩種。 因本自動(dòng)貼片設(shè)備是針對(duì)本人所在公司的生產(chǎn)需要而設(shè)計(jì)的，且本設(shè)備所需要完成的工作，僅是替代有蠟拋光生產(chǎn)工藝中所需完成的手動(dòng)操作，所以發(fā)下只介紹有蠟拋光工藝中本設(shè)計(jì)所替代的手動(dòng)操作步驟。 手動(dòng)操作的步驟為： 1．將清洗后的陶瓷把搬運(yùn)至加熱盤上加熱，等待陶瓷盤加熱至120C左右。 2．將背面涂有蠟的硅片貼在陶瓷盤表面，中間貼每一片硅片時(shí)需要不斷檢查陶瓷盤或硅片背面是否有顆粒沾染。 3．移動(dòng)貼好硅片還是高溫狀態(tài)的陶瓷盤至另一操作平臺(tái)。因需要在陶瓷盤未冷卻之前壓實(shí)硅片，此操作快速且要注意安全。 4．兩名操作人員拿一根中間固定有耐高溫橡膠墊的橫桿用力壓硅片，兩名操作人員需要配合默契，一片一片的壓。這是手動(dòng)貼片過程最關(guān)鍵環(huán)節(jié)，如果操作不當(dāng)，前面的操作要全部重來，還需重新清洗硅片和陶瓷盤。 5．待陶瓷盤溫度降至適合上拋光機(jī)進(jìn)行拋光的溫度時(shí)，上拋光機(jī)進(jìn)行拋光工序。 在人工手動(dòng)貼片的過程中，存在了以下主要缺點(diǎn)： 1．手動(dòng)貼硅片于陶瓷盤表面時(shí)，因?yàn)椴缓枚ㄎ唬y免出現(xiàn)背面蠟己熔化，還需要移動(dòng)硅片的情況，這樣部分蠟粘在陶瓷盤上，硅片與陶瓷盤之間的蠟己不均勻，貼片后出現(xiàn)粘接不牢或壓緊后與陶瓷表面不平行。 2．人身體部位過多的與硅片接觸或身體過多的在陶瓷盤上方操作，都使硅片或陶瓷盤沾污過多的顆粒，使壓緊硅片后，出現(xiàn)硅片局部的向上凸起。 3．兩名操作人員同時(shí)做下壓動(dòng)作，難免出現(xiàn)配合不默契或用力不均，使硅片表面與陶瓷盤表面的平行度差。 4．操作人員勞動(dòng)強(qiáng)度大。 5．人為操作生產(chǎn)工藝穩(wěn)定性差，工藝參數(shù)無法控制，產(chǎn)量和成品率太低。 第2章 設(shè)計(jì)任務(wù)和目的 2.1設(shè)計(jì)任務(wù)和目的 本設(shè)計(jì)目的和任務(wù)，就是使用一臺(tái)自動(dòng)化機(jī)電設(shè)備，完成整個(gè)單晶硅片在陶瓷盤上的貼片工作，并且執(zhí)行的結(jié)果要比人工操作方法在操作和工藝方面要有所提高。能通過一名操作人員簡(jiǎn)單的操作就能完成整個(gè)貼片過程，整個(gè)貼片操作過程可以做到硅片不與人體接觸，從放入硅片后到所有硅片有效的貼在陶瓷盤上出來完全自動(dòng)完成，這樣就對(duì)自動(dòng)貼片設(shè)備提出了基本的要求： 1．要求操作方便。通過一名操作人員簡(jiǎn)單的操作，能完成整個(gè)從放入硅片到整陶瓷盤硅片貼好全過程。 2．要求自動(dòng)化程度高。操作人員在整個(gè)生產(chǎn)過程中不能與硅片有直接接觸。 3．要求設(shè)備有局部環(huán)境凈化能力，使其硅片減少顆粒沾污，有效提高產(chǎn)品質(zhì)量和成品率。 4．要求設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定，便于設(shè)置和控制工藝參數(shù)。 5．要求操作安全，低成本，便于維修。 2.2 自動(dòng)與手動(dòng)貼片工藝對(duì)比 自動(dòng)貼片設(shè)備與手動(dòng)貼片的對(duì)比可以明顯發(fā)現(xiàn)，自動(dòng)設(shè)備存在諸多優(yōu)點(diǎn): 1．操作簡(jiǎn)單，勞動(dòng)強(qiáng)度大大降低。 2．因?yàn)椴慌c人體接觸和有局部?jī)艋芰?，其顆粒沾污大大減少，有效提高產(chǎn)品質(zhì)量和成品率。 3．人為因素的排除，在生產(chǎn)過程中改進(jìn)生產(chǎn)工藝，能及時(shí)有效的得到工藝參數(shù)和控制產(chǎn)品的穩(wěn)定性。。 4．減少操作人員，減少中間清潔、搬運(yùn)等操作。有效提高產(chǎn)量，明顯降低生產(chǎn)成本。 第3章 設(shè)備設(shè)計(jì)要求 3.1完成生產(chǎn)需要的設(shè)備基本參數(shù)要求 在硅單晶片有蠟拋光生產(chǎn)工藝過程中，有一些需要必需保證的參數(shù)，以保證不同規(guī)格的硅片貼片至拋光各工序工作的順利完成。如貼片的壓力需要在200-500N可調(diào)，陶瓷盤要加熱至1205C，因不同直徑的硅片在陶瓷盤上貼的數(shù)量不同，要求每盤貼片數(shù)量可調(diào)， 3.2 機(jī)械設(shè)計(jì)基本要求 根據(jù)機(jī)械整個(gè)運(yùn)動(dòng)過程，機(jī)械方面基本要求有： 1．根據(jù)陶瓷盤上硅片需要承受最大500N左右的壓力，固定機(jī)架需要設(shè)計(jì)牢固和穩(wěn)定。 2．有自動(dòng)搬動(dòng)陶瓷盤從加熱位置到貼片位置，再到人工取陶瓷盤位置的功能。 3．要有自動(dòng)取片到貼至陶瓷盤上的功能。 4．根據(jù)陶瓷盤是圓形的特點(diǎn)，要求陶瓷盤要有可以旋轉(zhuǎn)的功能。 5．要求固定在陶瓷盤上的硅片，平整度要明顯好于手工貼片。 6．要有局部環(huán)境凈化的功能。 3.3 電氣控制設(shè)計(jì)基本要求 根據(jù)設(shè)備自動(dòng)運(yùn)行控制方向的需要，電氣部分的基本要求： 1．電氣控制簡(jiǎn)單，易于識(shí)別，操作方便。 2．要有警急停止和暫停功能，及控制時(shí)的互鎖功能，保證工作和人身安全。 3．根據(jù)陶瓷盤需要加熱的工藝要求，要有溫度控制在1205C的控制功能。 4．根據(jù)不同直徑硅片貼在陶瓷盤上數(shù)量不同的要求，要有貼片計(jì)數(shù)的功能。 5．其它機(jī)械運(yùn)動(dòng)過程所需的電氣控制支持 6．操作安全考慮，電氣控制電力電源電壓采用人體安全電壓及以下等級(jí)。 3.4 管道設(shè)計(jì)基本要求 管道設(shè)計(jì)的基本要求有： 1．局部環(huán)境凈化所需的排風(fēng)管徑和排風(fēng)量的計(jì)算。 2．局部?jī)艋δ芩璧呐棚L(fēng)管道設(shè)計(jì)安裝方法。 3．取片時(shí)所用真空管道的設(shè)計(jì)。 4．機(jī)械運(yùn)動(dòng)所需空氣動(dòng)力管道設(shè)計(jì)。 第4章 根據(jù)設(shè)備基本要求制定具體設(shè)計(jì)方案 4.1 陶瓷盤自動(dòng)搬運(yùn)和加熱控制的利用 陶瓷盤的自動(dòng)搬動(dòng)和加熱的溫度控制的機(jī)構(gòu)，是利用公司內(nèi)原有一臺(tái)舊設(shè)備的裝置進(jìn)行改造。原有舊設(shè)備有，利用電氣控制電磁閥，壓縮空氣作為動(dòng)力，氣缸執(zhí)行動(dòng)作，往復(fù)動(dòng)作搬運(yùn)陶瓷盤往一個(gè)方向運(yùn)動(dòng)的功能。原有舊設(shè)備還具有加熱功能，僅就現(xiàn)需要的1205C的溫度范圍，加裝溫控表。由于原設(shè)備較大，且可能未來還要使用，本設(shè)計(jì)部分尺寸將以舊設(shè)備來確定，以便配套使用。參與貼片全過程的部分舊設(shè)備控制也單獨(dú)控制，而不去改動(dòng)舊設(shè)備控制線路。 4.2 整機(jī)機(jī)架的設(shè)計(jì) 機(jī)架采用立方體結(jié)構(gòu)，四邊立柱和機(jī)架橫梁使用材料為5X50mm國標(biāo)方型鋼管，機(jī)架的橫梁所處平面使用10mm以上鋼板焊接，并在鋼板上焊接加強(qiáng)筋。因?yàn)闄C(jī)架需要與舊設(shè)備相聯(lián)接，機(jī)架的具體尺寸以舊設(shè)備尺寸為準(zhǔn)。如圖4-1，此設(shè)計(jì)能達(dá)到以下目的： 1．機(jī)架能保證安裝所有機(jī)械電氣部件。 2．重型鋼構(gòu)設(shè)計(jì)，能保證貼片設(shè)備部件承受氣缸壓力，能平穩(wěn)運(yùn)行。 3．設(shè)計(jì)機(jī)架尺寸能保證與舊的陶瓷盤加熱裝置相匹配，便于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化運(yùn)行。 圖4-1 4.3 陶瓷盤旋轉(zhuǎn)托盤轉(zhuǎn)速和傳動(dòng)的設(shè)計(jì) 陶瓷盤旋轉(zhuǎn)托盤的傳動(dòng)設(shè)計(jì)，使用減速電機(jī)、主動(dòng)齒輪和從動(dòng)齒輪，利用金屬鏈條傳遞扭力，軸中心以外球面調(diào)心軸承固定。陶瓷盤托盤的轉(zhuǎn)速控制在小于1r/min ，因?yàn)榘闯Ｓ玫?”硅片為例，陶瓷轉(zhuǎn)動(dòng)一圈要貼13片硅片，控制小于1r/min的速度才能準(zhǔn)確有效的定位。如圖4-2：此設(shè)計(jì)目的為： 利用減速電機(jī)和主從動(dòng)齒輪的變比，能控制陶瓷盤托盤的轉(zhuǎn)速。 使用金屬鏈條的設(shè)計(jì)，能降低安裝精度，以便于零件的加工和安裝。 采用外球面調(diào)心軸承便于軸中心定位的自行調(diào)節(jié)，且外球面調(diào)心軸承的軸承座在市場(chǎng)上方便購買，這樣能保證軸承的安裝方便和不用另外加工軸承座而降低了成本。 圖4-2 4.4 陶瓷盤旋轉(zhuǎn)角度的設(shè)計(jì) 瓷盤旋轉(zhuǎn)角度的設(shè)計(jì),此設(shè)計(jì)目的是為保證陶瓷盤托盤按規(guī)定角度和次數(shù)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，以滿足不同尺寸硅片的貼片加工需要。以常用的4”硅片為例，一陶瓷盤要貼13片硅片，就需要電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)規(guī)定次數(shù)還能精確定位。本設(shè)計(jì)利用槽型光電傳感器配合金屬加工的刻度盤實(shí)現(xiàn)自動(dòng)運(yùn)行的驅(qū)動(dòng)信號(hào)控制。工作原理為：當(dāng)光電傳感器識(shí)別刻度盤狀態(tài)后，作出相應(yīng)的通或斷動(dòng)作，控制線路識(shí)別控制信號(hào)，驅(qū)動(dòng)電機(jī)旋轉(zhuǎn)到下一刻度位置，進(jìn)行下一位置的貼片工作，貼片完成由控制線路完成再次識(shí)別、旋轉(zhuǎn)、貼片的循環(huán)工作。見圖4-3 圖4-3 4.5 陶瓷盤托盤及與主軸聯(lián)接設(shè)計(jì) 陶瓷盤托盤及與主軸聯(lián)接設(shè)計(jì)： 1．陶瓷盤托盤采用40mm厚鋼材制成，與陶瓷盤接觸面縱橫方向都有數(shù)條排列均勻的溝槽，溝槽深度為10mm。 2．主軸使用細(xì)牙螺紋聯(lián)接方式與中間的聯(lián)接件相聯(lián)，聯(lián)接件通過絲桿與托盤相聯(lián)接。如圖4-4 此設(shè)計(jì)目的為： 1．陶瓷盤托盤的厚度和表面的溝槽能有效防止托盤的受熱變形。 2．使用絲桿連接，零件可以分別加工，單一零件使用加工材料相對(duì)小，有效降低加工成本。 3．主軸細(xì)牙螺紋與主軸連接件相配合，能有效減小零件配合之間的間隙，減小了由于陶瓷盤受力點(diǎn)不在中心而帶來的影響。 圖4-4 4.6 托盤主軸承受壓力的設(shè)計(jì) 托盤主軸承受下壓力的設(shè)計(jì)，因陶瓷托盤受力點(diǎn)不在主軸中心，且受力不均，在正常工作時(shí)主軸就需承受來自不同方向的力。此主軸上部的中心固定采用推力角接觸軸承，如圖4-4。推力角接觸軸承就是為解決軸在運(yùn)動(dòng)過程中承受軸向和徑向力而設(shè)計(jì)的，此處采用推力角接觸軸承同樣很好的解決了主軸在工作中需承受不同方向力的受力問題。 4.7 取硅片時(shí)中心定位設(shè)計(jì) 取硅片時(shí)中心定位設(shè)計(jì)，此裝置采用金屬材料加工，中心加工為一錐形設(shè)計(jì)，錐形上大下小，錐形底部直徑略大于配用硅片的直徑。整個(gè)定位裝置底部加工一圓周凸起設(shè)計(jì)，凸起的圓與錐形圓同心。如需生產(chǎn)不同直徑規(guī)格的硅片時(shí)，需同時(shí)更換配用的此定位裝置，因目前生產(chǎn)常用硅片直徑為4”、 5”和 6”，所以更換和加工并不會(huì)很麻煩。見圖4-5。此定位裝置的設(shè)計(jì)解決了： 1．定位裝置底部圓形凸起設(shè)計(jì)，解決了定位裝置自身在主機(jī)架上的定位，在更換不同規(guī)格定位裝置時(shí)，保證了使用不同直徑硅片還能處在同一個(gè)中心位置，便于設(shè)備取片。 2．倒錐形的設(shè)計(jì)在人工操作放入硅片時(shí)，硅片能自行沿壁下落到錐形底部，這樣就保證了硅片的中心定位的要求，而不會(huì)有人工放片不準(zhǔn)的影響。 圖4-5 4.8取硅片部分設(shè)計(jì) 取硅片部分設(shè)計(jì)，取片部分采用了兩只行程能滿足要求的氣缸，并在兩只氣缸上安裝用于采集自動(dòng)控制信號(hào)的行程開關(guān)，在上下運(yùn)動(dòng)氣缸最底部安裝一只由耐高溫橡膠制成的吸盤，如圖4-6。此設(shè)計(jì)能達(dá)到的目的為： （1）兩只氣缸的配合使用，能保證機(jī)械手往上下左右四個(gè)方向運(yùn)動(dòng)的需要。 （2）由于陶瓷盤是經(jīng)過加熱處理的，使用耐高溫橡膠吸盤的設(shè)計(jì)，保證了與高溫接觸部件自身的安全穩(wěn)定的運(yùn)行要求。 （3）使用吸盤和真空的設(shè)計(jì)，起到了機(jī)械手取片的目的，從而能夠自如搬運(yùn)硅片。 （4）氣缸和行程開關(guān)的設(shè)計(jì)再配用自動(dòng)電氣控制線路，能保證硅片從向下取片→吸住硅片向上→向左→向下放下硅片→向上→向右→向下取片的全部循環(huán)自動(dòng)搬動(dòng)的需要。 圖4-6 4.9壓硅片氣缸設(shè)計(jì) 壓硅片氣缸的設(shè)計(jì)，根據(jù)工藝參數(shù)壓片壓力要在200-500N范圍內(nèi)可調(diào)和設(shè)備使用單位內(nèi)壓縮空氣動(dòng)力源0-0.6Mpa的實(shí)際情況，計(jì)算應(yīng)采用氣缸活塞的直徑.A:氣缸面積m2 。p:壓縮空氣氣體壓力Mpa. 1. 氣缸活塞所需最小面積計(jì)算 氣缸推力計(jì)算公式：F=AP 式中：F——?dú)飧淄屏Γ現(xiàn)=500 （N） A——活塞面積，單位： mm2 P——壓縮空氣壓力，P=0.6 (MPa) A=F/P=500/0.6=833.3 mm2 2. 氣缸活塞所需最小直徑 根據(jù)A=πD2/4計(jì)算氣缸活塞所需最小直徑 D=32.5 (mm) 壓片工作需采用至少為32.5mm以上直徑活塞的氣缸。氣缸工作壓力調(diào)節(jié)，通過壓縮空氣管道調(diào)壓閥控制，氣缸固定在托盤上方的龍門架上，龍門架開200mm長(zhǎng)方形槽，可以對(duì)氣缸進(jìn)行位置上的調(diào)節(jié)。此設(shè)計(jì)保證了使用不同壓力在不同位置對(duì)不同直徑硅片進(jìn)行貼片操作的需要。 4.10 壓片氣囊設(shè)計(jì) 壓片氣囊的設(shè)計(jì)為一只金屬加工的圓形部件，圓形上部中心加工有與壓片氣缸活塞相配的內(nèi)螺紋。圓形側(cè)面加工有進(jìn)壓縮空氣的進(jìn)氣口。進(jìn)氣使用調(diào)壓閥控制壓力，金屬加工件底部均勻加工有很多網(wǎng)孔狀壓縮空氣出氣口。氣囊采用耐高溫硬橡膠類材料制做，氣囊整個(gè)包住圓形金屬件的地底，在金屬加工件外圓一周使用抱箍將橡膠固定。當(dāng)接入壓縮空氣氣囊會(huì)向外鼓起，關(guān)閉壓縮空氣橡膠的彈性，會(huì)使氣囊慢慢排出氣體，恢復(fù)原狀。如圖所示4-7。此設(shè)計(jì)的目的為： 1．金屬材質(zhì)壓頭中間采用內(nèi)螺紋與氣缸緊密固定，直徑大于所壓硅片直徑20mm，當(dāng)壓不同直徑硅片時(shí)，方便更換。 2．壓頭側(cè)面有壓縮空氣進(jìn)氣孔，用來鼓起氣囊。壓頭往氣囊充氣的底面為均勻網(wǎng)孔設(shè)計(jì)，這樣保證當(dāng)氣囊有壓扁的趨勢(shì)時(shí)，壓頭的排氣均勻的排出，保證與硅片接觸面各點(diǎn)的壓力相同，這樣的貼片平整度高。 3．氣囊的壓縮空氣通過調(diào)壓閥調(diào)節(jié)，可以保證不同壓力的使用需要。而且通過調(diào)壓閥將氣囊壓力小于壓片氣缸的壓力，氣囊內(nèi)壓力在受到氣缸壓力時(shí)，能將氣囊內(nèi)氣體壓回到管道或從固定位置漏掉，當(dāng)氣囊慢慢壓扁的同時(shí)，保證了會(huì)有一個(gè)平面與硅片接觸。 4．氣囊凸起呈弧形，當(dāng)下壓接觸硅片時(shí)中心點(diǎn)先接觸，所力面由中心往外擴(kuò)張，這樣能有效擠掉硅片與陶瓷盤接觸面可能留有的空氣。 圖4-7 4.11電氣控制設(shè)計(jì) 電氣設(shè)計(jì)的原則為利用資源降低成本，操作簡(jiǎn)單，維修方便，安全第一。以此原則設(shè)計(jì)的電氣控制線路有以下特點(diǎn)： 1.為了降低成本，先收集查看現(xiàn)有資料情況，決定做用以繼電器、接觸器為主的控制元器進(jìn)行設(shè)計(jì)。 2.設(shè)備貼片部份的電氣自動(dòng)操作只需按動(dòng)三個(gè)按鈕，配合舊的陶瓷盤搬運(yùn)設(shè)備就能完成自動(dòng)運(yùn)行全過程，操作非常方便。 3.繼電器控制電路對(duì)于現(xiàn)在的維修人員更為熟悉，這樣能保證維修的方便。 4.在人身和設(shè)備安全方面的設(shè)計(jì)，控制線咱除主電路以外，其它控制線四季都采用24V控制線路，這樣人身和設(shè)備的安全有了更大的保障。 4.12局部環(huán)境設(shè)計(jì) 局部環(huán)境的設(shè)計(jì)，根據(jù)自動(dòng)貼片設(shè)備的外型尺寸，設(shè)計(jì)一只防塵罩，防塵罩側(cè)邊不防礙操作部位開孔，設(shè)計(jì)排風(fēng)管道接口，接入公司動(dòng)力排風(fēng)系統(tǒng)。防塵罩的材料選用透明PVC材質(zhì)，這樣營(yíng)造局部環(huán)境的同時(shí)，還能便于觀察設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)。防塵罩的設(shè)計(jì)目的就是為了防塵，這樣能有效的減少環(huán)境內(nèi)顆粒進(jìn)入到硅片與陶瓷盤之間的接觸面內(nèi)。 第5章 自動(dòng)運(yùn)行過程詳解 根據(jù)設(shè)計(jì)構(gòu)想，自動(dòng)運(yùn)行操作過程如下： 1. 檢查設(shè)備無異常，打開設(shè)備電源、真空開關(guān)、壓縮空氣閥門。 2. 將陶瓷盤搬至舊陶瓷盤搬運(yùn)設(shè)備上加熱，至120C左右，這個(gè)加熱時(shí)間一般在5分鐘內(nèi)完成。 3. 操作舊設(shè)備搬運(yùn)陶瓷盤動(dòng)作的按鈕，機(jī)械手將陶瓷盤從貼片設(shè)備右邊搬運(yùn)至貼片機(jī)托盤位置，貼片機(jī)測(cè)陶瓷盤位置傳感器測(cè)得信號(hào)。 4. 啟動(dòng)貼片機(jī)啟動(dòng)按鈕，不論取片機(jī)械手處于什么位置，些都會(huì)復(fù)位至硅片中心定位裝置上方，機(jī)械手的位置被傳感器識(shí)別。 5. 操作人員檢查硅片放入硅片中心定位錐形裝置內(nèi)，錐形裝置底部傳感器測(cè)得信號(hào)，取片機(jī)械手向下取片。 6. 然后機(jī)械手通過各部位傳感器完成，吸取硅片向上→保持吸住硅片向左→保持吸住硅片向下→斷開真空閥放下硅片至陶瓷盤→機(jī)械手向上→向右到硅片中心定位裝置上方的循環(huán)動(dòng)作。同時(shí)在取走硅片后，操作人員可以再次放硅片入中心定位裝備，等待下一次的機(jī)械手取片動(dòng)作。 7. 在機(jī)械手取片的往復(fù)動(dòng)作的同時(shí)，陶瓷盤接收到每放下一片硅片的信號(hào)，就旋轉(zhuǎn)規(guī)定的角度，等待下一次接收硅片的信號(hào)。 8. 壓片氣缸接收陶瓷盤旋轉(zhuǎn)后信號(hào)，做出一次向下壓片的動(dòng)作，移動(dòng)到氣缸下限位位置傳感器時(shí)返回，等待下一次的旋轉(zhuǎn)結(jié)束的信號(hào)。 9. 當(dāng)參與取硅片自動(dòng)控制的計(jì)數(shù)器接收到規(guī)定數(shù)量時(shí)，停止機(jī)械取片的動(dòng)作，既使再次放硅片到硅片中心定位裝置內(nèi)，機(jī)械手也不會(huì)去取片，等待操作人員先按停止再次按啟動(dòng)按鈕，設(shè)備會(huì)再次驅(qū)動(dòng)機(jī)械手再次計(jì)數(shù)。 10. 當(dāng)參與壓片氣缸動(dòng)作計(jì)數(shù)的計(jì)數(shù)器達(dá)到規(guī)定數(shù)量時(shí)，會(huì)切斷控制線路的主電源。 11. 此時(shí)貼片設(shè)備部份操作以完成，按下舊陶瓷盤搬運(yùn)設(shè)備按鈕，將貼好片的陶瓷盤從貼片設(shè)備左邊搬離貼片機(jī)托盤，同時(shí)將在貼片過程中以加熱完成的陶瓷盤從貼片設(shè)備右邊搬至托盤。 12. 按下貼片設(shè)備停止按鈕，復(fù)位。再按啟動(dòng)按鈕，對(duì)陶瓷盤再次進(jìn)行貼片操作。 貼片設(shè)備部份自動(dòng)運(yùn)行過程框圖，如圖5-1所示： 機(jī)自動(dòng)運(yùn)行過程框圖 接通電源 貼片計(jì)數(shù) 器信號(hào) 取片計(jì)數(shù) 器信號(hào) 陶瓷盤信號(hào) 啟動(dòng) 取片氣缸 往上 取片氣缸 往上 真空信號(hào)NO 取片計(jì)數(shù)器 計(jì)數(shù) 貼片氣缸 往上 貼片計(jì)數(shù)器 計(jì)數(shù) 貼片氣缸 往下 電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng) 1／13圈 取片氣缸 往下 取片氣缸 往左 真空信號(hào) Yes 取片氣缸 往下 取片氣缸 往右 圖5-1 結(jié)論 本設(shè)計(jì)的自動(dòng)運(yùn)行成功，有效的提高了硅單晶拋光片的各項(xiàng)工藝參數(shù)；明顯降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了工作效率；提高局部環(huán)境等級(jí)，提高了產(chǎn)品成品率的同時(shí)降低后繼工藝的工藝難度；設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行，消除人為因素干擾，更改生產(chǎn)工藝有了有效的依據(jù)；減少中間環(huán)節(jié)、物資損耗和操作人員，明顯降低了生產(chǎn)成本。 畢業(yè)設(shè)計(jì)是本科學(xué)習(xí)階段一次非常難得的理論與實(shí)際相結(jié)合的機(jī)會(huì)，通過這次比較完整的自動(dòng)機(jī)械設(shè)備設(shè)計(jì)，我擺脫了單純的理論知識(shí)學(xué)習(xí)狀態(tài)，和實(shí)際設(shè)計(jì)的結(jié)合鍛煉了我的綜合運(yùn)用所學(xué)的專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)，解決實(shí)際工程問題的能力，同時(shí)也提高我查閱文獻(xiàn)資料、設(shè)計(jì)規(guī)范以及電腦制圖等其他專業(yè)能力水平，而且通過對(duì)整體的掌控，對(duì)局部的取舍，以及對(duì)細(xì)節(jié)的斟酌處理，都使我的能力得到了鍛煉，經(jīng)驗(yàn)得到了豐富，并且意志品質(zhì)力，抗壓能力及耐力也都得到了不同程度的提升。 順利如期的完成本次畢業(yè)設(shè)計(jì)給了我很大的信心，讓我了解專業(yè)知識(shí)的同時(shí)也對(duì)本專業(yè)的發(fā)展前景充滿信心。鄧小平說：“科學(xué)技術(shù)是生產(chǎn)力，而且是第一生產(chǎn)力”。機(jī)械自動(dòng)化設(shè)備的出現(xiàn)，大大加快了設(shè)會(huì)經(jīng)濟(jì)前進(jìn)的步伐，改善了人民的生活水平。這些正是我們?nèi)ジ玫难芯扛玫膭?chuàng)造的最大動(dòng)力，只要是生產(chǎn)生活的需要就因該開動(dòng)腦筋去解決，并爭(zhēng)取盡快的掌握這些先進(jìn)的知識(shí)，更好的為祖國的四化服務(wù)。 參考文獻(xiàn) [1] 張厥宗. 硅單晶拋光片的加工技術(shù).[M]北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2005 [2] 王以倫. 液壓氣動(dòng)技術(shù).[M]北京：中央廣播電視大學(xué)出版社，2002 [3] 李海副. 機(jī)械制圖.[M]北京：中國勞動(dòng)出版社出版，1992 [4] 趙仁良. 電力拖動(dòng)控制線路. 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