【正文】 mportant part, and our LED chip testing and sorting of the main dependent on foreign equipment, which restricts the development of LED chip industry. LED is the LED chip testing equipment for testing optical parameters, to provide data for the sorting. Through the study of similar equipment at home and abroad, to analyze the process principle and the overall demand, proposed design, based on the DHLP320 LED detector mechanical structure design, including the XY motion platform, rotary table, Z to the table, the upper structure, probe station design, the main part of the key platform for highspeed highprecision XY motion design, analysis and parison of selected screw rail agencies to achieve the XY twodimensional movement, according to the requirement of the screw nut, rail, motor, etc. are calculated and selection. Drawing with Auto CAD drawings of the ponents, the use of Pro / E threedimensional modeling of the whole assembly, the resulting threedimensional solid model of intuitive, realistic show the detailed structure of the main ponents and shape, easy to intervene so as to effectively save product design time and improve the efficiency of design, has some practical value. Development of highspeed LED testing equipment, for breaking the monopoly product, reduce the cost of the application of domestic equipment, and enhance the petitiveness of enterprises to break through capacity bottlenecks, have very important significance. Key words： LED； Chip Testing； Highspeed Microplatform華中科技大學(xué)文華學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 1 1 緒論 LED 的發(fā)展現(xiàn)狀和市場前景 20 世紀(jì) 50 年代末， Monsanto 及 Hewlett Packard 公司研制出首只 GaAsP 紅色發(fā)光二極管，稱之為 LED(Light Emitting Diodes)。當(dāng)陽極與陰級間通正向電壓時，電子和空穴向截面運(yùn)動，復(fù)合后釋放出能量，發(fā)出可見光或紅外光是近幾年來迅速崛起的光電器件。 早在 1964 年就研發(fā)出紅光 LED，之后出現(xiàn)黃光 LED。 1996 年由日本 Nichia 即日亞公司成功開發(fā)出白光 LED。一般有下列兩種混合方式：（ 1）三波長光 , 即藍(lán)色光、綠色光與紅色光混合；（ 2）二波長光 , 即黃色光與藍(lán)色 光混合。由此可見，要想讓 LED 真正應(yīng)用在日常生活中，藍(lán)色光 LED 芯片是不可缺少的。正是由于 LED的這些優(yōu)點，所以越來越受到人們的重視。 LED 產(chǎn)業(yè)規(guī)模發(fā)展非常迅猛，市場潛力非常大，但是它的發(fā)展離不開 LED 裝備業(yè)的發(fā)展作為支撐。而對于研發(fā)和生產(chǎn)成本相對較高的藍(lán)色 LED 芯片，特別是高亮藍(lán)色 LED，更是有很大必要對其實施檢測和分揀，LED 芯片檢測和分揀是 LED 芯片生產(chǎn)流程中不可缺少的部分。因此，開發(fā)具有自主知識產(chǎn)權(quán)的高速 LED 檢測設(shè)備和分揀設(shè)備，對于打破產(chǎn)品壟斷，降低國內(nèi)設(shè)備應(yīng)用的成本，增強(qiáng)企業(yè)競爭力，突破產(chǎn)能瓶頸，都有非常重要的意義。 隨著國家照明工程的起步，國內(nèi) LED 芯片設(shè)備的巨大需求再次引起了國外 LED 設(shè)備生產(chǎn)商的積極響應(yīng)，他們?nèi)找嬷匾曋袊鴩鴥?nèi)這個巨大的市場。 同時， LED 行業(yè)屬于高精尖技術(shù)行業(yè)，與 LED 芯片相關(guān)的設(shè)備都有很高的性能要求和加工要求，這也阻礙了國內(nèi) LED 芯片設(shè)備的研發(fā)。 國內(nèi)外研究概況 日本是 LED 產(chǎn)業(yè)的大國和起源國，其 LED 產(chǎn)業(yè)發(fā)展較早且擁有較多的相關(guān)知識產(chǎn)權(quán)。 對于歐洲來說，雖沒有較多資料顯示其研究情況，但像 Osram， Philips 等大公司也投入到 LED 產(chǎn)業(yè)研究中，美國的 LED 研究也較早起步，主要有 HP， CREE， GE 等公司，我國臺灣地區(qū)也有如光寶、晶元光電和億 光等公司緊隨這些國際大公司之后。 LED 的優(yōu)勢是不言而喻的，在當(dāng)前全球能源緊張的情況下，發(fā)展 LED 是節(jié)能的一個很有效的途徑。僅 LED 景觀燈一項就可以在我國帶來 30005000 億人民幣的產(chǎn)值。 在我國，在 2020 年 6 月 17 日，國家科技部聯(lián)合信息產(chǎn)業(yè)部、教育部等部 門以及北京、上海等地區(qū)聯(lián)合成立了國家半導(dǎo)體照明工程協(xié)調(diào)領(lǐng)導(dǎo)小組，正式啟動 “ 國家半導(dǎo)體照明工程 ” 。如東莞市決定，采用國產(chǎn)LED 測試和分揀設(shè)備的廠家，在采購時政府給予 60%的資金補(bǔ)貼，由此可見，政府的支持力度是相當(dāng)大的。通過近幾年的發(fā)展，我國 LED 檢測設(shè)備的國產(chǎn)化已有了很大的提高，部分設(shè)備的技術(shù)甚至達(dá)到了國際領(lǐng)先水平。同時，也為 中國在 LED 應(yīng)用產(chǎn)品的自主創(chuàng)新和走向國際市場提供重要的支撐。 美國 2020年 國家半導(dǎo)體照明計劃 到 2020年 55%的白熾燈和熒光燈被白光LED取代 每年節(jié) 約 350億美元電費，每年減少 CO2，形成500億美元的大產(chǎn)業(yè)。技術(shù)形成自主知識產(chǎn)權(quán) 。規(guī)模較大，實力力較強(qiáng)的 LED 芯片生產(chǎn)企業(yè)主要有：廈門三安、西安中為、香港曾明利、杭州士蘭明芯、湖南華磊等。這一項目屬于國際前沿的研究項目。國家科技部也將 “ 國家半導(dǎo)體照明工程 ” 列入 “ 十一五 ” 科技發(fā)展計劃。國內(nèi)只有研究機(jī)構(gòu)或少數(shù)院校等在外延片方面進(jìn)行研究 ，但是國內(nèi)龐大的應(yīng)用需求，給 LED 下游廠商帶來巨大的發(fā)展機(jī)會，國內(nèi)生產(chǎn)的如景觀照明燈具、顯示屏等LED 應(yīng)用產(chǎn)品已經(jīng)出口到美國、歐盟等國家和地區(qū)。佐竹與 1996 年就發(fā)明了一種多色的分揀機(jī)光學(xué)檢測儀，包括至少兩種不同光譜范圍的LED 材料檢測，并可以通過檢測信號并放大后予以選擇，可以算是早期的 LED 分揀檢測設(shè)備。日本 Opto System 公司推出其系列化產(chǎn)品較早，但其產(chǎn)品較少。目前國外經(jīng)過分揀的 LED 每只利潤增加 1 分人民幣，國內(nèi)年生產(chǎn) LED 管 200 億只，如果有一半 LED 經(jīng)過分揀，增加利潤近一億元。其中，浙江大學(xué)現(xiàn)代光學(xué)儀器國家重點實驗室在 LED 光學(xué)參數(shù)測試上擁有比較豐富的經(jīng)驗，并逐步涉足研究 LED 單管的分揀設(shè)備，便攜式 LED 單管 分譜檢測儀就是其中一個較為成熟的產(chǎn)品。該儀器能夠快速測量 LED 單管的波長，并根據(jù)波長進(jìn)行篩選分類。 本文主要研究內(nèi)容 本次畢業(yè)設(shè)計主要 以高速 LED 檢測設(shè)備為對象， 對 LED 芯片光電參數(shù)進(jìn)行檢測，且實現(xiàn)高速檢測，達(dá)到或超過國內(nèi)外設(shè)備的檢測速度而設(shè)計。檢測機(jī)上主要完成是設(shè)計高速高精確二維移動平臺，高精確旋轉(zhuǎn)臺，高精確升降平臺，探針裝置，機(jī)體結(jié)構(gòu)等工作。 實現(xiàn)以上內(nèi)容要求我們熟練掌握和運(yùn)用所學(xué)過的知識，對我們進(jìn)一步鞏固和加強(qiáng)專業(yè)知識和培養(yǎng)專業(yè)技能有很重要的實踐意義。 華中科技大學(xué)文華學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 6 2 LED 芯片檢測原理和設(shè)備方案的選擇 LED 芯片檢測的原理 在 LED 芯片的實際應(yīng)用中，對其光電的一致性要求很高，尤其是用于陣列顯示的場合，必須保證各個象素的配色正確，而且還要保證各像素顏色的一致性，才能保證最終色彩還原。 芯片檢測的目標(biāo)是對芯片進(jìn)行表面檢測和光電檢測，按照用戶需求實現(xiàn)晶圓片的完整 mapping 圖輸出。芯片盤上全部芯片檢測完后輸出完整的檢測圖像和分級數(shù)據(jù)，為芯片的分揀做準(zhǔn)備。在測試區(qū)內(nèi)對 LED 芯片夾緊并觸發(fā)發(fā)光。 檢測的具體要求： LED 檢測是通過對 LED 芯片通電致發(fā)光，對 LED 芯片的光電參數(shù)進(jìn)行檢測，獲得芯片等級劃分所需的信息。芯片的電壓和電流是通過探針和芯片的正負(fù)電極接觸而獲得的，需要兩根探針分別接觸芯片的正負(fù)兩極，探針固定在探針座上并通過電路板與電源連接。 LED 芯片的檢測需要探針和電極精確的定位，在視覺圖像檢測的基礎(chǔ)上實現(xiàn)對 LED芯片的精確定位，從而保證探針和 LED 芯片電極的緊密接觸，完成檢測要求。所以本設(shè)備的速度設(shè)定為 20K，即每小時 20,000 顆每秒鐘 6～ 8 顆。 機(jī)械部分：檢測機(jī)上主要完成是設(shè)計高速高精確二維移動平臺，高精確轉(zhuǎn)臺，高精確升 降平臺，探針裝置，機(jī)體結(jié)構(gòu)等工作；在分揀機(jī)上主要完成是加工兩套高精確二維平移平臺，高精確轉(zhuǎn)臺，擺臂分揀裝置，頂針裝置等工作。 計算機(jī)部分：在 LED 檢測設(shè)備上主要完成是對芯片進(jìn)行圖像獲取及識別、芯片外觀檢測與精確定位，參考芯片確定，控制系統(tǒng)移動臺與探針的運(yùn)動，芯片的光電特性分析處理，對檢測結(jié)果進(jìn)行分類處理、保存等工作。 華中科技大學(xué)文華學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 8 3 DHLP320 型 LED 檢測機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計 DHLP320 型 LED 檢測機(jī)是本次設(shè)計 LED 檢測設(shè)備具體的型號。 LED 檢測機(jī)結(jié)構(gòu)部分包括機(jī)架、四軸平臺、上部結(jié)構(gòu)、探針臺四部分組成。其包括骨架，由方鋼管焊接組成，骨架是機(jī)架的主體結(jié)構(gòu)，其作用主要作為整部機(jī)器的支撐；下層安裝板，是地面和機(jī)器內(nèi)部結(jié)構(gòu)的一個分離；中層安裝板，主要作為高 精度 XY 平臺的安裝；上層安裝板，主要作為上部結(jié)構(gòu)和探針臺的安裝板；電氣安裝板，安裝電氣設(shè)備；工控機(jī)固定板，安裝工控機(jī)光源等；氣動設(shè)備固定板，固定氣壓表等。高精度 XY 微動平臺，其主要功能是提供 X 方向和 Y 方向的高速高精度的移動，其包括 X 向和 Y 向的移動平臺，在上層裝有旋轉(zhuǎn)平臺的安裝板；旋轉(zhuǎn)平臺，提供正負(fù) 15176。 上部結(jié)構(gòu)：包括掃描鏡頭的固定結(jié) 構(gòu)、調(diào)探針鏡頭的固定結(jié)構(gòu)、光纖探頭和亮度探頭的固定。 探針臺：探針臺的主要作用是接觸 LED 芯片兩極，導(dǎo)通電路，點亮 LED 芯片，其需要三向調(diào)整結(jié)構(gòu)，為了不損壞 LED 芯片，其應(yīng)該有緩沖彈簧，避免壓力過大損毀芯片。主要是用來承載芯片并通過精確定位實現(xiàn)對芯片光電參數(shù)的檢測。由于芯片盤安裝誤差，肯定會 造成芯片排列線與 XY 方向不平行導(dǎo)致掃描和檢測時的困難。 Z 方向的運(yùn)動是給芯片盤提供向上的運(yùn)動，以使芯片電極和固定的探針接觸導(dǎo)通電路。 華中科技大學(xué)文華學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 9 圖 31 視覺系統(tǒng)下的芯片 圖 32 直徑為 150mm 的芯片盤（大約有 4 萬顆芯片） 華中科技大學(xué)文華學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 10 方案論證 方案描述：實現(xiàn)高精確 XY 二維運(yùn)動的方案有多種，目前提出三種 可行方案 :直線電機(jī)方案、外購 XY 平移臺方案、絲杠導(dǎo)軌方案。方案二、外購 XY平移臺方案：現(xiàn)在有很多商家提供組裝好的二維運(yùn)動平臺，例如日本的 THK 公司等。由兩套絲杠導(dǎo)軌垂直安裝實現(xiàn)二維運(yùn)動。這個工作臺只是在機(jī)器調(diào)整的時候會有微小的調(diào)整，一旦設(shè)備調(diào)整到最佳狀態(tài)，這個工作臺就不會再有動作，因此，它不是頻繁移動的部件，所以在考慮經(jīng)濟(jì)性后采用第三種方案絲杠導(dǎo)軌機(jī)構(gòu)。確定這些選型內(nèi)容后也可以參考其他公司的樣本資料進(jìn)行對比，在不同公司的產(chǎn)品中選出符合要求的絲杠螺母。 表 32 使用條件 序號 名稱 單位 數(shù)值 1 運(yùn)送方向 水平 2 運(yùn)送質(zhì)量 (m) Kg 25 3 工作臺導(dǎo)向方法 滑動 4 導(dǎo)向面上的摩擦系數(shù) (μ ) 5 導(dǎo)向面的阻力 (f) N 25 6 軸向外部負(fù)荷 (F) N 華中科技大學(xué)文華學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 11 7 希 望壽命時間（ Lh） H 26280 8 行程長度 ls mm 170 9 操作速度 Vmax m/s 10 加速時間 t1 S 11 等速時間 t2 S 12 減速時間 t3 S 13 加速度 a=Vmax/t1 m/s2 14 每分鐘往返次數(shù) n min1 5 15 定位精度 mm 16 反復(fù)定位精度 mm