执行结构设计

1、北京理工大学珠海学院 2020 届本科生毕业设计 执行结构设计执行结构设计摘要ICT，英文全称In-Circuit-Tester，也称在线测试仪。它是当下PCB相关生产企业必备的生产测试设备，别名ICT 治具。现在，普通的测试治具已经是成熟的产品，本次设计主要改进普通治具部分结构以及降低相关制造成本，主要以普通的测试治具作为原型，在普通的测试治具的基础上添加机构，使一台治具可以完成两段式的微针测试，降低了成本，也提高了生产效率。同时设计一款新型散热器，利用压缩空气进行工作，降低治具工作中芯片所产生的温度。本次设计主要有治具各部分的结构设计、运动解析和尺寸设计，以及部分零部件的受力校核和仿真分析。主要使用了AutoCAD、Soildworks等工程软件进行辅助设计，使用了Soildworks Simulation进行受力、热力仿真，使用了Soildworks Flow Simulation进行流体力学仿真。关键词：ICT；治具；结构设计；仿真 Perform structural designAbstractICT, English full name in circuit tester

2、, also known as online tester. It is the necessary production and test equipment for PCB related manufacturers, also known as ICT fixture. Now, the common test fixture is a mature product. This design mainly improves the structure of the common fixture and reduces the related manufacturing cost. It mainly takes the common test fixture as the prototype, and adds a mechanism on the basis of the common test fixture, so that one fixture can complete the two-stage micro needle test, reducing the cost

3、 and improving the production efficiency. At the same time, a new type of radiator is designed, which uses compressed air to reduce the temperature produced by the chip in the work of the fixture. This design mainly includes the structure design, motion analysis and dimension design of each part of the fixture, as well as the stress check and simulation analysis of some parts. It mainly uses AutoCAD, sowworks and other engineering software for auxiliary design, uses sowworks simulation for stres

4、s and thermal simulation, and uses sowworks flow simulation for hydrodynamics simulation. Keywords: ICT; fixture; structure design; simulation目 录1 前言11.1 ICT治具国内外发展概括及存在问题21.2小组设计应解决的主要问题及分工42 总体设计62.1分离两段式原理分析及实现方案62.2方案分析及选择72.3执行结构设计总图103 结构设计113.1挂钩机构设计113.1.1挂钩机构分析113.1.2挂钩机构运动受力分析133.1.3挂钩机构标准件选用及零件尺寸173.1.4挂钩机构静应力仿真分析213.2散热机构设计243.2.1散热机构结构分析243.2.2散热器机构标准件选用及零件尺寸263.2.3 散热器流体力学仿真313.3上装针板结构设计374 气动控制设计395 设计展示415.1 三维模型415.2二维图纸455.3实物展示52总结与感想54参考文献55谢 辞56北京理工大学珠海学院 2020 届本科生毕业设计1 前言从第

5、一台IBM5150个人电脑问世至今已经过了快四十年了，而今已是大数据时代，服务器、个人电脑甚至个人手机每天都要产生大量的信息。在这其中，服务器与个人电脑扮演着重要的角色，它们负责对数据进行处理、分析、和储存，但是每天需要处理的信息越来越多，每天都在超负荷运行。面对庞大的大数据与发展缓慢的硬件，为了提高信息处理能力，只能通过堆叠更多的服务器和提高PCB的集成度等方法提高信息处理速度。因此，随着信息的增长，硬件上的需求越来越高。PCB上的电路变得越来越复杂，芯片上的晶体管密度也越来越大，各种芯片封装的前沿技术普及，PCB的内部布局结构和一些零件的组装变得越来越复杂。在对精密度要求越来越高的情况下，控制PCB在生产中的合格率和生产成本显得尤为重要，所以PCB的检测越来越重要。ICT即在线测试仪，它是通过对PCB在线零件的电气性能和电气连接进行检测来检查PCB生产制造中的一些缺陷和零件焊接不良的一种常用的标准测试手段。它可以检查在线的PCB上单个零件，还可以检查不同电路的开、短路状态。它操作简便，只需通电，连接电脑即可快速开始测试，由于采用探针进行检查，可以快速定位故障发生位置 。图1.1 I

6、CT治具及测试平台图1.2 PCB不同阶段检测成本因为ICT中AXI（X射线检测）和AOI（自动光学检测）无法做到100%检测出板和部件缺陷，为了节约成本、控制良品率，所以ICT在PCB生产中必不可少的。1.1 ICT治具国内外发展概括及存在问题目前大部分PCB都以进行单段式的检测为多，但随着PCB的不断发展，PCB越大越复杂，有些PCB需要进行两段式检测，甚至多段式检测，进行部分区域的测试。如果还继续使用一段式的检测，则需要制造两个以上的治具，而且在实际测试中还需要进行多次拆装，在生产中浪费大量人力物力，生产效率低下。因此，迫切需要一种可进行两段或多段式测量的治具解决以上问题。1.1.1普通真空治具普通真空治具目前已是成熟的产品，其主要组成可分为两部分，分别是执行结构部分和外箱体结构部分。执行结构部分主要是由上下针板、载板、以及其他安装在两者上的各种组件所组成，它是真空治具完成测试的主要工作结构。图1.1.1真空治具执行机构外箱体结构部分主要是承载执行结构，将其与执行机构结合，组成一个完整的治具。图1.1.2真空治具外箱体机构图1.1.3 单段真空治具整体模型与实物传统的单段式治具，

7、只能测试一段行程，即治具工作时，治具在上装针板与下装针板间的密封区域吸真空，可移动的上装针板由于大气压力向下运动，直至下压至全程，使上下装针板的探针与载板上的PCB充分接触，然后开始测试，完成测试后复位，完成一个完整的测试流程。图1.1.4 未工作的治具内部简图 图1.1.5 工作中的治具内部结构简图1.1.2自动分离两段式治具自动分离两段式治具就是该治具的针床在测试PCB时有两个行程，即比普通治具多一个工作行程，通过特定的治具结构以及配合不同的行程的探针，以进行通电和不通电测试，控制和隔离关键信号，进而实现：测试开关稳压器电路以实现内部节点隔离；在晶体频率测量时，可消除“输入”端干扰；可关闭电源，单独测试射频电路。图1.1.6 第二阶段测试治具内部结构简图在未来，PCB会不断变化更新，功能增加的同时，复杂度也会不断增加，测试PCB不同区域或隔离信号的分离两段式治具需求会越来越强烈。图1.1.7 CircuitCheck公司multi-stage治具目前国外类似的产品有CircuitCheck公司的multi-stage治具。其治具内部实现两段式测试主要依靠其设计的弹簧结构，通过控制治

8、具内部气压的大小以及弹簧的弹力大小，进而来实现不同行程的探针测试。本次研究主要同样是实现与Circuit Check公司的multi-stage治具一样的功能，设计一个新结构实现不同行程的探针测试，并在已有的治具上增加并改进部分结构，实现新的功能。1.2小组设计应解决的主要问题及分工1.2.1应解决的主要问题设计一个自动分离两段式治具，首先需要设计一个以真空为动力的治具。其中该治具主要结构有：置放探针及其他零部件的板，这些板中可能有的需要在正常工作是进行活动，帮助探针完成测试；气动控制部分，由于治具采取大气压力为动力，需要接入气管，还需要有气动控制元件进行气压控制；密封，由于采用抽真空以大气压力为动力的方式，所以治具内部必须要有严格的密封防漏气处理；承载治具内部各种结构的外箱体，考虑到自动化生产，开盖部分可以做成自动开盖；需要设计实现不同行程的探针测试的一个机构或者部件；设计一个以压缩空气制冷的散热器。1.2.2小组分工及主要任务朱建辉负责“零件工艺分析及夹具设计”，主要任务是完成复杂的零件的工艺及夹具设计。陈志亮负责“执行结构设计”，主要任务是完成执行结构和散热器的设计，分别实现治具

9、自动分离两段式功能以及利用压缩空气制冷芯片，以及其他相关设计。黄煜负责“外箱体结构设计”，主要任务是完成治具外箱体的设计，使执行机构能与之配合工作，以及自动开盖等其他设计。2 总体设计在掌握普通真空治具的结构特点和工作原理基础上，在普通Agilent 3070 Half Bank治具添加结构，实现微针两段式的测量以及以压缩空气制冷发热芯片。表2.1 Agilent 3070 Half Bank治具主要技术指标技术参数治具规格282mm368mm(Half Bank)治具最大可测点数2000治具工作气压0.5Mpa治具内部真空工作气压0.0027Mpa(20mmHg)最大可测PCB大小250mm300mm2.1分离两段式原理分析及实现方案图2.1.1 普通half bank治具分离两段式治具工作状态一般分为3种情况：普通阶段，在该阶段治具处 于待工作状态，处在下装针板（B-Probeplt）的探针（probe）以及上装针板（T-Probeplt）的限位器（stopper）与PCBA处于未接触状态；第二阶段，在该阶段治具正在工作，此时处在下装针板（B-Probeplt）的长探针（Long probe）以及上装针板（T-Probeplt）的限位器（stopper）与PCBA处于接触状态；全程阶段，在该阶段治具正在工作，此时处在下装针板（B-Probeplt）的所有探针（Long probe）以及上装针板

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