分体式承片台机构的设计

吕荣华，张继静，郭忠华

（中国电子科技集团公司第四十五研究所，北京 100176）

分体式承片台机构的设计

吕荣华，张继静，郭忠华

（中国电子科技集团公司第四十五研究所，北京 100176）

承片台机构是声学扫描检测设备中重要部件，为了解决常用承片台生锈、调平难度大、加工性差的问题，设计了一种分体式承片台机构，选择PMMA材料加工其易生锈部分，经长期考核该机构未发现生锈现象，而且装配及调平过程简单方便，易于操作，取得了非常好的使用效果。该机构能够广泛应用于类似具有承载功能的设备中，为以后设计起到借鉴作用。

声学扫描检测；承片台；分体式；调平

超声扫描检测是一种无损检测方法，可以在不破坏或不损害被检材料和工件的情况下，评估其质量和使用价值[1]。超声显微镜利用不同材料对超声波声阻抗不同，对声波的吸收和反射程度不同，来探测物体内部的结构、缺陷、以及对材料做定性分析，是目前最常用的无损检测手段之一，对在检查材料本身或粘接层之间必须保持完整的样品时，这项技术的优势尤为突出，可以比其他任何方法都更有效地检测出脱层、裂缝、空洞和孔隙。

超声波扫描显微镜有两种工作模式：超声波脉冲反射和透射模式。反射模式是主要的工作模式，它的特点是分辨率高，对待测样品厚度没有限制。透射模式只在半导体企业中用作器件筛选。该系统的核心就是带压电陶瓷的微波链，压电陶瓷在射频信号发生的激励下，产生短的声脉冲随后这些声脉冲被声透镜聚焦在一起，超声波扫描显微镜的这个带压电陶瓷的部件叫换能器，换能器既能把电信号转换成声波信号，又能把从待测样品反射或透射回来的声波信号转换成电信号，送回系统进行处理。换能器负责将电磁脉冲转换成声脉冲，离开换能器后，声波被声透镜通过耦合介质聚焦在样品上。耦合介质是为了防止超声波信号快速衰减，因为超声波信号在一些稀疏介质中传播是会快速衰减。对于SAM，由于样品要求作扫描运动，故耦合介质必须是流体，一般是去离子水或无水酒精等[2]。样品置于耦合介质中，只要声波信号在样品表面或者内部遇到声波阻抗介面（如遇到孔、隙、气泡、裂纹等），就会发生反射。

换能器接收到反射信号后，会将其转换成电脉冲，超声波信号转换成电脉冲后表征为256级灰度值。每只换能器都有其特定的超声波频率，这个过程就是超声波扫描显微镜反射工作模式的基本过程。

从超声扫描检测的原理中我们可以看到，在检测器件的过程中必须在耦合介质（我们采用去离子水）中进行，因此作为被测器件的承载平台的工作环境也是在去离子水中，所以我们设计的承片台除了具备承载要求的各项尺寸及精度指标外，还要具有一定的防锈功能。

1 常用的承片台结构存在的问题

常规承片台采用的是以整体架构为主的形式，由于整个结构系统需要固定在设备的平台上，因而承片台和连接支撑部件间只能通过螺钉进行固定连接，虽然具备应有的使用功能，但是组装起来非常复杂。主要存在以下几点不足：

（1）在材料选择。选用材料为不锈钢，在零件加工的过程中易发生变形，达到承片台的尺寸及公差要求难度较大，另外，虽然对承片台表面进行防锈处理处理，但是在使用一段时间之后仍然会有生锈现象，在承片台与螺钉连接处生锈的现象尤为明显，影响了器件的检测环境和洁净度的要求。

（2）对于紧固件螺钉的选用曾经多次更换不锈钢螺钉的种类，都无法消除这种现象的发生。而采用非金属的螺钉后，螺钉的紧固力不能满足要求。

（3）整个承片台连接好后，装配在设备平台上时，需要对承片台进行调平，由于整体的连接件较多，整体调平比较复杂。

（4）承片台与标准料盒不能替换，若采用标准料盒对器件进行检测时，需要另外增架一套固定标准料盒的装置对其进行固定。才能实现器件的检测扫描。

基于以上原因，设计一种具备自调平功能、防锈能力强、可方便替换托盘的承片台机构具有非常重要的意义。

2 承片台机构

承片台机构的主要功能是承载被测器件，机构需要配置两种规格的承片台，一种为300 mm规格（实际尺寸为160 mm×315 mm）；另一种为400 mm规格（实际尺寸为400 mm×400 mm）。该承片台机构为分离式结构，一端托架为固定式，另一端托架为活动式，便于取放承片台。该机构如图1、图2所示。

图1 300 mm规格

图2 400 mm规格

固定托架：如图3所示，固定托架端主要由托架、连接杆、支撑立架、固定上座、调节螺钉组成，其中的托架及部分连接杆在工作过程中处于去离子水中，连接杆和固定上座、连接杆和托架均采用螺纹连接，连接杆采用PMMA（亚克力）材质，具有极佳的防水性和抗质变性。通过调节两个螺钉可以对机构进行调平。

图3 固定托架结构

活动托架：如图4所示，活动托架端主要由固定上座、托架、连接杆、支撑立架、活动上座、导向轴、限位螺钉、压簧组成。其中的托架及部分连接杆在工作过程中处于去离子水中，连接杆和活动上座、连接杆和托架均采用螺纹连接。

图4 活动托架结构

导向装置：导向装置由导向轴和直线轴承构成，导向轴与固定上座螺纹连接，在活动上座的内部镶嵌有直线轴承，将导向轴穿入直线轴承内，就可以对活动上座与固定上座的相对运动起到导向作用。

复位装置：复位装置由内部一个导向轴、外部套一个压簧组成，复位装置通过压簧压缩时产生的弹性，使安装承片台时能够起到连续拉伸和压紧活动上座的作用。

限位装置：限位螺钉水平穿过固定上座，与活动上座进行螺纹连接，通过旋拧限位螺钉，通过导向装置的导向作用，使固定上座与活动上座间压缩，从而可以改变固定托架与活动托架间的距离，方便承片台的安装和拆卸。

图3和图4中A面是承片台的放置位置，B面为标准料盒的放置位置。标准料盒的装配如图5所示。该承片台机构可根据用户的使用要求在承片台和标准料盒间互换。

图5 标准料盒

3 承片台的安装与调平

将固定托架和活动托架分别组装好后，进行承片台的安装和调平。

安装：承片台的左端任意一角与固定托架部分的托架上部凹槽贴合、对齐，然后手动将活动支架部分的活动上座回拉，使其与固定托架间的距离增大，然后把承片台右端卡如托架的上部凹槽中卡紧，承片台的底面与凹槽面（A面）贴实，然后松开活动托架的活动上座，复位装置使其自动复位，夹紧承片台，这样就完成了承片台的安装，此过程简单易懂，操作方便。

调平：适当将锁紧螺钉拧松，用千分表进行打表测量，通过电机驱动使千分表表头按相对承片台进行X、Y向有效行程内进行移动，根据表值对调整螺钉（4个）进行调节，直至承片台面的平面度达设计要求，最后将锁紧螺钉紧固即可。

4 结 论

承片台机构应用于声学扫描检测设备后，能够实现承载器件的功能，经长期考核未发现生锈的现象，而且装配及调平的过程简单方便，易于操作，因此，该机构能够很好地解决常用承片台的生锈、调平难度大、加工性差的问题，取得了非常好的使用效果。该机构能够广泛应用于类似具有承载功能的设备中，为以后类似的设计起到了一定的借鉴作用。

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[1]姚立新.超声扫描检测技术在半导体封装中的应用[J].半导体技术，2010，35（增刊）：177.

[2]施仲坚.超声显微镜[J].自然杂志，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