鐘珍鈴 郭佳 單夕畔 吳黃懿 周方

摘要：本文設(shè)計(jì)一種對(duì)廢舊芯片自動(dòng)分揀的機(jī)械，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)不同種類芯片進(jìn)行質(zhì)量檢測(cè)，并利用機(jī)械自動(dòng)化技術(shù)具有高精度、效率快、穩(wěn)定性高的優(yōu)點(diǎn)，同步進(jìn)行對(duì)廢舊芯片進(jìn)行自動(dòng)化分揀，提供一種提高對(duì)廢舊芯片的可回收效率的機(jī)械裝備。

關(guān)鍵詞：廢舊芯片;分揀機(jī);自動(dòng)分揀設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：TH69 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-9416（2020）09-0001-02

0 引言

在信息高速發(fā)展的時(shí)代，作為高性能微處理器的電子芯片發(fā)展在各國(guó)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展和國(guó)家信息安全方面擁有很高的地位，如今在各個(gè)領(lǐng)域、各類電子產(chǎn)品都有電子芯片的身影，深刻影響著一代又一代人類的生活。在芯片裝機(jī)使用過程中，不可避免地會(huì)在芯片表面產(chǎn)生各類缺陷，這直接影響到芯片的運(yùn)行效能及壽命。僅以每年的省和全國(guó)電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽中其使用量為例，初步估計(jì)達(dá)10萬片計(jì)。但由于主要是基于訓(xùn)練，因?yàn)椴皇炀毜仍蛟斐纱罅啃酒ㄓ幂斎胼敵隹诨騻€(gè)別管腳物理?yè)p壞而被廢棄，估計(jì)約廢棄量達(dá)15000片，而其中大部分芯片只是個(gè)別口損壞，在大多數(shù)訓(xùn)練甚至產(chǎn)品中很多時(shí)候是用不到那么多的輸入輸出口或某些端口。另一方面，廢棄芯片含重金屬對(duì)環(huán)境造成破壞不利于環(huán)保。如果能夠設(shè)計(jì)一種微處理器質(zhì)量檢測(cè)和分揀裝置，能自動(dòng)測(cè)出芯片的大小和品質(zhì)，然后一一標(biāo)注出來，把相關(guān)芯片重新利用起來可以減少?gòu)U舊芯片對(duì)環(huán)境的污染同時(shí)也可以減少成本。

1 廢舊芯片自動(dòng)分揀機(jī)的原理

廢舊芯片自動(dòng)分揀機(jī)主要包括機(jī)械組件、檢測(cè)與控制組件、計(jì)算機(jī)以及多個(gè)芯片分類盒等。分揀系統(tǒng)運(yùn)作時(shí)，工作人員在電腦上提前設(shè)置好相應(yīng)的分揀參數(shù)，分揀機(jī)就可以自動(dòng)化運(yùn)行，同時(shí)由于采用了機(jī)械自動(dòng)化技術(shù)，自動(dòng)分揀系統(tǒng)在單位時(shí)間內(nèi)能夠完成大量的芯片分揀作業(yè)，因此在分揀效率和速度上是遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過人工手動(dòng)分揀系統(tǒng)。廢舊芯片從送料槽進(jìn)去經(jīng)過氣動(dòng)閥門開合裝置進(jìn)行第一次整理分揀，隨后再進(jìn)入分揀運(yùn)輸帶上的旋轉(zhuǎn)卡槽裝置內(nèi)，避免芯片堆疊，再通過紅外線品質(zhì)檢測(cè)傳感器進(jìn)行檢測(cè)[1]，通過檢測(cè)驅(qū)動(dòng)活塞推桿將其推入相應(yīng)地分揀滑道中，使分揀后的廢舊電子芯片依照不同品質(zhì)、大小的標(biāo)準(zhǔn)收集到相應(yīng)的收集盒內(nèi)，最后由工作人員歸類匯總，以等待后續(xù)的回收利用。廢舊芯片自動(dòng)分揀機(jī)的結(jié)構(gòu)圖1所示。

2 自動(dòng)分揀機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)

芯片沿著X方向直線移動(dòng)，活塞推桿在活塞驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)下向前運(yùn)動(dòng)，向前運(yùn)動(dòng)的推桿推動(dòng)芯片沿著導(dǎo)軌的垂直方向運(yùn)動(dòng)，芯片被推桿歸入一級(jí)分揀槽中，同時(shí)兩個(gè)活板門將控制好角度，使芯片進(jìn)入二級(jí)分揀槽，保證芯片移動(dòng)過程的穩(wěn)定，直到芯片進(jìn)入相應(yīng)的分揀盒內(nèi)，完成自動(dòng)分揀作業(yè)。自動(dòng)分揀作業(yè)的結(jié)構(gòu)圖2所示。

經(jīng)過廢舊芯片自動(dòng)分揀機(jī)的設(shè)計(jì)發(fā)現(xiàn)，分揀機(jī)在1秒的分揀作業(yè)中，能夠處理的芯片數(shù)量為4-6個(gè)，根據(jù)數(shù)據(jù)一個(gè)通用型芯片約重30g，芯片和運(yùn)輸帶之間的摩擦系數(shù)為μ=0.2，通過計(jì)算分析得出運(yùn)輸帶帶動(dòng)4個(gè)芯片的所需要的拉力為F=2N，查詢通用型運(yùn)輸機(jī)的數(shù)據(jù)，可知運(yùn)輸帶的帶速一般為υ=0.45m/s，因此計(jì)算出工作機(jī)運(yùn)行的有效功率Pt=FV/1000=2×0.45=0.0009kW。

推桿推動(dòng)部分的推力計(jì)算，機(jī)架部分承受載荷的計(jì)算分析[2]：

（1）折算到活塞推桿上的負(fù)載慣量重物折算：JW=M×（PB/2π）2=0.317kg.cm2。（2）活塞推桿上的負(fù)載力矩：已知下芯片在X方向上勻速移動(dòng)所需的力F，運(yùn)輸帶帶寬s=0.1m。

在推桿的使用過程中，考慮到因材料的不統(tǒng)一、熱處理工藝的影響、機(jī)械加工精度、表面粗糙度、使用時(shí)的磨損和腐蝕、負(fù)載估算不正確、熱膨脹、疲勞、沖擊負(fù)載等因各類誤差而導(dǎo)致的危險(xiǎn)。因此在校核的計(jì)算過程中，應(yīng)當(dāng)引入安全系數(shù)S。

安全系數(shù)：S=P/P1=158.72/29.4=5.4

因此根據(jù)經(jīng)驗(yàn)可以判斷，安全系數(shù)為5.4，設(shè)計(jì)驗(yàn)算合格。

3 結(jié)論

根據(jù)上述分析可得出廢舊芯片自動(dòng)分揀機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)得出結(jié)論：（1）本文完成了芯片自動(dòng)分揀機(jī)構(gòu)進(jìn)行自動(dòng)分揀機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)，并對(duì)機(jī)構(gòu)的強(qiáng)度進(jìn)行了計(jì)算分析;（2）完成了芯片自動(dòng)分揀機(jī)構(gòu)的力學(xué)解析，達(dá)到預(yù)期設(shè)計(jì)效果。

本文完成了廢舊芯片分揀機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)和分析，為進(jìn)一步提升此類機(jī)器的設(shè)計(jì)打下基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)

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