分體式承片臺(tái)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)

呂榮華，張繼靜，郭忠華

（中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第四十五研究所，北京 100176）

分體式承片臺(tái)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)

呂榮華，張繼靜，郭忠華

（中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第四十五研究所，北京 100176）

承片臺(tái)機(jī)構(gòu)是聲學(xué)掃描檢測(cè)設(shè)備中重要部件，為了解決常用承片臺(tái)生銹、調(diào)平難度大、加工性差的問(wèn)題，設(shè)計(jì)了一種分體式承片臺(tái)機(jī)構(gòu)，選擇PMMA材料加工其易生銹部分，經(jīng)長(zhǎng)期考核該機(jī)構(gòu)未發(fā)現(xiàn)生銹現(xiàn)象，而且裝配及調(diào)平過(guò)程簡(jiǎn)單方便，易于操作，取得了非常好的使用效果。該機(jī)構(gòu)能夠廣泛應(yīng)用于類似具有承載功能的設(shè)備中，為以后設(shè)計(jì)起到借鑒作用。

聲學(xué)掃描檢測(cè)；承片臺(tái)；分體式；調(diào)平

超聲掃描檢測(cè)是一種無(wú)損檢測(cè)方法，可以在不破壞或不損害被檢材料和工件的情況下，評(píng)估其質(zhì)量和使用價(jià)值[1]。超聲顯微鏡利用不同材料對(duì)超聲波聲阻抗不同，對(duì)聲波的吸收和反射程度不同，來(lái)探測(cè)物體內(nèi)部的結(jié)構(gòu)、缺陷、以及對(duì)材料做定性分析，是目前最常用的無(wú)損檢測(cè)手段之一，對(duì)在檢查材料本身或粘接層之間必須保持完整的樣品時(shí)，這項(xiàng)技術(shù)的優(yōu)勢(shì)尤為突出，可以比其他任何方法都更有效地檢測(cè)出脫層、裂縫、空洞和孔隙。

超聲波掃描顯微鏡有兩種工作模式：超聲波脈沖反射和透射模式。反射模式是主要的工作模式，它的特點(diǎn)是分辨率高，對(duì)待測(cè)樣品厚度沒(méi)有限制。透射模式只在半導(dǎo)體企業(yè)中用作器件篩選。該系統(tǒng)的核心就是帶壓電陶瓷的微波鏈，壓電陶瓷在射頻信號(hào)發(fā)生的激勵(lì)下，產(chǎn)生短的聲脈沖隨后這些聲脈沖被聲透鏡聚焦在一起，超聲波掃描顯微鏡的這個(gè)帶壓電陶瓷的部件叫換能器，換能器既能把電信號(hào)轉(zhuǎn)換成聲波信號(hào)，又能把從待測(cè)樣品反射或透射回來(lái)的聲波信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，送回系統(tǒng)進(jìn)行處理。換能器負(fù)責(zé)將電磁脈沖轉(zhuǎn)換成聲脈沖，離開(kāi)換能器后，聲波被聲透鏡通過(guò)耦合介質(zhì)聚焦在樣品上。耦合介質(zhì)是為了防止超聲波信號(hào)快速衰減，因?yàn)槌暡ㄐ盘?hào)在一些稀疏介質(zhì)中傳播是會(huì)快速衰減。對(duì)于SAM，由于樣品要求作掃描運(yùn)動(dòng)，故耦合介質(zhì)必須是流體，一般是去離子水或無(wú)水酒精等[2]。樣品置于耦合介質(zhì)中，只要聲波信號(hào)在樣品表面或者內(nèi)部遇到聲波阻抗介面（如遇到孔、隙、氣泡、裂紋等），就會(huì)發(fā)生反射。

換能器接收到反射信號(hào)后，會(huì)將其轉(zhuǎn)換成電脈沖，超聲波信號(hào)轉(zhuǎn)換成電脈沖后表征為256級(jí)灰度值。每只換能器都有其特定的超聲波頻率，這個(gè)過(guò)程就是超聲波掃描顯微鏡反射工作模式的基本過(guò)程。

從超聲掃描檢測(cè)的原理中我們可以看到，在檢測(cè)器件的過(guò)程中必須在耦合介質(zhì)（我們采用去離子水）中進(jìn)行，因此作為被測(cè)器件的承載平臺(tái)的工作環(huán)境也是在去離子水中，所以我們?cè)O(shè)計(jì)的承片臺(tái)除了具備承載要求的各項(xiàng)尺寸及精度指標(biāo)外，還要具有一定的防銹功能。

1 常用的承片臺(tái)結(jié)構(gòu)存在的問(wèn)題

常規(guī)承片臺(tái)采用的是以整體架構(gòu)為主的形式，由于整個(gè)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)需要固定在設(shè)備的平臺(tái)上，因而承片臺(tái)和連接支撐部件間只能通過(guò)螺釘進(jìn)行固定連接，雖然具備應(yīng)有的使用功能，但是組裝起來(lái)非常復(fù)雜。主要存在以下幾點(diǎn)不足：

（1）在材料選擇。選用材料為不銹鋼，在零件加工的過(guò)程中易發(fā)生變形，達(dá)到承片臺(tái)的尺寸及公差要求難度較大，另外，雖然對(duì)承片臺(tái)表面進(jìn)行防銹處理處理，但是在使用一段時(shí)間之后仍然會(huì)有生銹現(xiàn)象，在承片臺(tái)與螺釘連接處生銹的現(xiàn)象尤為明顯，影響了器件的檢測(cè)環(huán)境和潔凈度的要求。

（2）對(duì)于緊固件螺釘?shù)倪x用曾經(jīng)多次更換不銹鋼螺釘?shù)姆N類，都無(wú)法消除這種現(xiàn)象的發(fā)生。而采用非金屬的螺釘后，螺釘?shù)木o固力不能滿足要求。

（3）整個(gè)承片臺(tái)連接好后，裝配在設(shè)備平臺(tái)上時(shí)，需要對(duì)承片臺(tái)進(jìn)行調(diào)平，由于整體的連接件較多，整體調(diào)平比較復(fù)雜。

（4）承片臺(tái)與標(biāo)準(zhǔn)料盒不能替換，若采用標(biāo)準(zhǔn)料盒對(duì)器件進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，需要另外增架一套固定標(biāo)準(zhǔn)料盒的裝置對(duì)其進(jìn)行固定。才能實(shí)現(xiàn)器件的檢測(cè)掃描。

基于以上原因，設(shè)計(jì)一種具備自調(diào)平功能、防銹能力強(qiáng)、可方便替換托盤的承片臺(tái)機(jī)構(gòu)具有非常重要的意義。

2 承片臺(tái)機(jī)構(gòu)

承片臺(tái)機(jī)構(gòu)的主要功能是承載被測(cè)器件，機(jī)構(gòu)需要配置兩種規(guī)格的承片臺(tái)，一種為300 mm規(guī)格（實(shí)際尺寸為160 mm×315 mm）；另一種為400 mm規(guī)格（實(shí)際尺寸為400 mm×400 mm）。該承片臺(tái)機(jī)構(gòu)為分離式結(jié)構(gòu)，一端托架為固定式，另一端托架為活動(dòng)式，便于取放承片臺(tái)。該機(jī)構(gòu)如圖1、圖2所示。

圖1 300 mm規(guī)格

圖2 400 mm規(guī)格

固定托架：如圖3所示，固定托架端主要由托架、連接桿、支撐立架、固定上座、調(diào)節(jié)螺釘組成，其中的托架及部分連接桿在工作過(guò)程中處于去離子水中，連接桿和固定上座、連接桿和托架均采用螺紋連接，連接桿采用PMMA（亞克力）材質(zhì)，具有極佳的防水性和抗質(zhì)變性。通過(guò)調(diào)節(jié)兩個(gè)螺釘可以對(duì)機(jī)構(gòu)進(jìn)行調(diào)平。

圖3 固定托架結(jié)構(gòu)

活動(dòng)托架：如圖4所示，活動(dòng)托架端主要由固定上座、托架、連接桿、支撐立架、活動(dòng)上座、導(dǎo)向軸、限位螺釘、壓簧組成。其中的托架及部分連接桿在工作過(guò)程中處于去離子水中，連接桿和活動(dòng)上座、連接桿和托架均采用螺紋連接。

圖4 活動(dòng)托架結(jié)構(gòu)

導(dǎo)向裝置：導(dǎo)向裝置由導(dǎo)向軸和直線軸承構(gòu)成，導(dǎo)向軸與固定上座螺紋連接，在活動(dòng)上座的內(nèi)部鑲嵌有直線軸承，將導(dǎo)向軸穿入直線軸承內(nèi)，就可以對(duì)活動(dòng)上座與固定上座的相對(duì)運(yùn)動(dòng)起到導(dǎo)向作用。

復(fù)位裝置：復(fù)位裝置由內(nèi)部一個(gè)導(dǎo)向軸、外部套一個(gè)壓簧組成，復(fù)位裝置通過(guò)壓簧壓縮時(shí)產(chǎn)生的彈性，使安裝承片臺(tái)時(shí)能夠起到連續(xù)拉伸和壓緊活動(dòng)上座的作用。

限位裝置：限位螺釘水平穿過(guò)固定上座，與活動(dòng)上座進(jìn)行螺紋連接，通過(guò)旋擰限位螺釘，通過(guò)導(dǎo)向裝置的導(dǎo)向作用，使固定上座與活動(dòng)上座間壓縮，從而可以改變固定托架與活動(dòng)托架間的距離，方便承片臺(tái)的安裝和拆卸。

圖3和圖4中A面是承片臺(tái)的放置位置，B面為標(biāo)準(zhǔn)料盒的放置位置。標(biāo)準(zhǔn)料盒的裝配如圖5所示。該承片臺(tái)機(jī)構(gòu)可根據(jù)用戶的使用要求在承片臺(tái)和標(biāo)準(zhǔn)料盒間互換。

圖5 標(biāo)準(zhǔn)料盒

3 承片臺(tái)的安裝與調(diào)平

將固定托架和活動(dòng)托架分別組裝好后，進(jìn)行承片臺(tái)的安裝和調(diào)平。

安裝：承片臺(tái)的左端任意一角與固定托架部分的托架上部凹槽貼合、對(duì)齊，然后手動(dòng)將活動(dòng)支架部分的活動(dòng)上座回拉，使其與固定托架間的距離增大，然后把承片臺(tái)右端卡如托架的上部凹槽中卡緊，承片臺(tái)的底面與凹槽面（A面）貼實(shí)，然后松開(kāi)活動(dòng)托架的活動(dòng)上座，復(fù)位裝置使其自動(dòng)復(fù)位，夾緊承片臺(tái)，這樣就完成了承片臺(tái)的安裝，此過(guò)程簡(jiǎn)單易懂，操作方便。

調(diào)平：適當(dāng)將鎖緊螺釘擰松，用千分表進(jìn)行打表測(cè)量，通過(guò)電機(jī)驅(qū)動(dòng)使千分表表頭按相對(duì)承片臺(tái)進(jìn)行X、Y向有效行程內(nèi)進(jìn)行移動(dòng)，根據(jù)表值對(duì)調(diào)整螺釘（4個(gè)）進(jìn)行調(diào)節(jié)，直至承片臺(tái)面的平面度達(dá)設(shè)計(jì)要求，最后將鎖緊螺釘緊固即可。

4 結(jié) 論

承片臺(tái)機(jī)構(gòu)應(yīng)用于聲學(xué)掃描檢測(cè)設(shè)備后，能夠?qū)崿F(xiàn)承載器件的功能，經(jīng)長(zhǎng)期考核未發(fā)現(xiàn)生銹的現(xiàn)象，而且裝配及調(diào)平的過(guò)程簡(jiǎn)單方便，易于操作，因此，該機(jī)構(gòu)能夠很好地解決常用承片臺(tái)的生銹、調(diào)平難度大、加工性差的問(wèn)題，取得了非常好的使用效果。該機(jī)構(gòu)能夠廣泛應(yīng)用于類似具有承載功能的設(shè)備中，為以后類似的設(shè)計(jì)起到了一定的借鑒作用。

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[1]姚立新.超聲掃描檢測(cè)技術(shù)在半導(dǎo)體封裝中的應(yīng)用[J].半導(dǎo)體技術(shù)，2010，35（增刊）：177.

[2]施仲堅(jiān).超聲顯微鏡[J].自然雜志，1981，4（7）：540-541.

The Design of a Kind of Disassemble Support Stage

LV Ronghua
（The 45thInstitute of CETC，Beijing，100176 China）

Abstract:Stage mechanism is an important part of scanning acoustic detection equipment.In order to solve the problem of common stage rust，leveling difficulty，poor processing，design a split stage mechanism，which select the PMMA material to process the rusted part.The rusting phenomenon can not be found after long-term inspection，and assembly and leveling process is simple and convenient，which is easy to operate，and achieves very good effect.And it can be widely used in similar loading equipment，as a reference for the future design.

Keywords:Scanning acoustic detection；Stage；Split；Leveling

TN305

B

1004-4507（2013）11-0062-04

2013-06-26