分體式承片臺機構的設計

呂榮華，張繼靜，郭忠華

（中國電子科技集團公司第四十五研究所，北京 100176）

分體式承片臺機構的設計

呂榮華，張繼靜，郭忠華

（中國電子科技集團公司第四十五研究所，北京 100176）

承片臺機構是聲學掃描檢測設備中重要部件，為了解決常用承片臺生銹、調平難度大、加工性差的問題，設計了一種分體式承片臺機構，選擇PMMA材料加工其易生銹部分，經長期考核該機構未發現生銹現象，而且裝配及調平過程簡單方便，易于操作，取得了非常好的使用效果。該機構能夠廣泛應用于類似具有承載功能的設備中，為以后設計起到借鑒作用。

聲學掃描檢測；承片臺；分體式；調平

超聲掃描檢測是一種無損檢測方法，可以在不破壞或不損害被檢材料和工件的情況下，評估其質量和使用價值[1]。超聲顯微鏡利用不同材料對超聲波聲阻抗不同，對聲波的吸收和反射程度不同，來探測物體內部的結構、缺陷、以及對材料做定性分析，是目前最常用的無損檢測手段之一，對在檢查材料本身或粘接層之間必須保持完整的樣品時，這項技術的優勢尤為突出，可以比其他任何方法都更有效地檢測出脫層、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，它的特點是分辨率高，對待測樣品厚度沒有限制。透射模式只在半導體企業中用作器件篩選。該系統的核心就是帶壓電陶瓷的微波鏈，壓電陶瓷在射頻信號發生的激勵下，產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帶壓電陶瓷的部件叫換能器，換能器既能把電信號轉換成聲波信號，又能把從待測樣品反射或透射回來的聲波信號轉換成電信號，送回系統進行處理。換能器負責將電磁脈沖轉換成聲脈沖，離開換能器后，聲波被聲透鏡通過耦合介質聚焦在樣品上。耦合介質是為了防止超聲波信號快速衰減，因為超聲波信號在一些稀疏介質中傳播是會快速衰減。對于SAM，由于樣品要求作掃描運動，故耦合介質必須是流體，一般是去離子水或無水酒精等[2]。樣品置于耦合介質中，只要聲波信號在樣品表面或者內部遇到聲波阻抗介面（如遇到孔、隙、氣泡、裂紋等），就會發生反射。

換能器接收到反射信號后，會將其轉換成電脈沖，超聲波信號轉換成電脈沖后表征為256級灰度值。每只換能器都有其特定的超聲波頻率，這個過程就是超聲波掃描顯微鏡反射工作模式的基本過程。

從超聲掃描檢測的原理中我們可以看到，在檢測器件的過程中必須在耦合介質（我們采用去離子水）中進行，因此作為被測器件的承載平臺的工作環境也是在去離子水中，所以我們設計的承片臺除了具備承載要求的各項尺寸及精度指標外，還要具有一定的防銹功能。

1 常用的承片臺結構存在的問題

常規承片臺采用的是以整體架構為主的形式，由于整個結構系統需要固定在設備的平臺上，因而承片臺和連接支撐部件間只能通過螺釘進行固定連接，雖然具備應有的使用功能，但是組裝起來非常復雜。主要存在以下幾點不足：

（1）在材料選擇。選用材料為不銹鋼，在零件加工的過程中易發生變形，達到承片臺的尺寸及公差要求難度較大，另外，雖然對承片臺表面進行防銹處理處理，但是在使用一段時間之后仍然會有生銹現象，在承片臺與螺釘連接處生銹的現象尤為明顯，影響了器件的檢測環境和潔凈度的要求。

（2）對于緊固件螺釘的選用曾經多次更換不銹鋼螺釘的種類，都無法消除這種現象的發生。而采用非金屬的螺釘后，螺釘的緊固力不能滿足要求。

（3）整個承片臺連接好后，裝配在設備平臺上時，需要對承片臺進行調平，由于整體的連接件較多，整體調平比較復雜。

（4）承片臺與標準料盒不能替換，若采用標準料盒對器件進行檢測時，需要另外增架一套固定標準料盒的裝置對其進行固定。才能實現器件的檢測掃描。

基于以上原因，設計一種具備自調平功能、防銹能力強、可方便替換托盤的承片臺機構具有非常重要的意義。

2 承片臺機構

承片臺機構的主要功能是承載被測器件，機構需要配置兩種規格的承片臺，一種為300 mm規格（實際尺寸為160 mm×315 mm）；另一種為400 mm規格（實際尺寸為400 mm×400 mm）。該承片臺機構為分離式結構，一端托架為固定式，另一端托架為活動式，便于取放承片臺。該機構如圖1、圖2所示。

圖1 300 mm規格

圖2 400 mm規格

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、調節螺釘組成，其中的托架及部分連接桿在工作過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，具有極佳的防水性和抗質變性。通過調節兩個螺釘可以對機構進行調平。

圖3 固定托架結構

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

圖4 活動托架結構

導向裝置：導向裝置由導向軸和直線軸承構成，導向軸與固定上座螺紋連接，在活動上座的內部鑲嵌有直線軸承，將導向軸穿入直線軸承內，就可以對活動上座與固定上座的相對運動起到導向作用。

復位裝置：復位裝置由內部一個導向軸、外部套一個壓簧組成，復位裝置通過壓簧壓縮時產生的彈性，使安裝承片臺時能夠起到連續拉伸和壓緊活動上座的作用。

限位裝置：限位螺釘水平穿過固定上座，與活動上座進行螺紋連接，通過旋擰限位螺釘，通過導向裝置的導向作用，使固定上座與活動上座間壓縮，從而可以改變固定托架與活動托架間的距離，方便承片臺的安裝和拆卸。

圖3和圖4中A面是承片臺的放置位置，B面為標準料盒的放置位置。標準料盒的裝配如圖5所示。該承片臺機構可根據用戶的使用要求在承片臺和標準料盒間互換。

圖5 標準料盒

3 承片臺的安裝與調平

將固定托架和活動托架分別組裝好后，進行承片臺的安裝和調平。

安裝：承片臺的左端任意一角與固定托架部分的托架上部凹槽貼合、對齊，然后手動將活動支架部分的活動上座回拉，使其與固定托架間的距離增大，然后把承片臺右端卡如托架的上部凹槽中卡緊，承片臺的底面與凹槽面（A面）貼實，然后松開活動托架的活動上座，復位裝置使其自動復位，夾緊承片臺，這樣就完成了承片臺的安裝，此過程簡單易懂，操作方便。

調平：適當將鎖緊螺釘擰松，用千分表進行打表測量，通過電機驅動使千分表表頭按相對承片臺進行X、Y向有效行程內進行移動，根據表值對調整螺釘（4個）進行調節，直至承片臺面的平面度達設計要求，最后將鎖緊螺釘緊固即可。

4 結 論

承片臺機構應用于聲學掃描檢測設備后，能夠實現承載器件的功能，經長期考核未發現生銹的現象，而且裝配及調平的過程簡單方便，易于操作，因此，該機構能夠很好地解決常用承片臺的生銹、調平難度大、加工性差的問題，取得了非常好的使用效果。該機構能夠廣泛應用于類似具有承載功能的設備中，為以后類似的設計起到了一定的借鑒作用。

：

[1]姚立新.超聲掃描檢測技術在半導體封裝中的應用[J].半導體技術，2010，35（增刊）：177.

[2]施仲堅.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