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MOTEC:精密位移平台在高精半导体芯片激光切割控制系统应用

--motec精密位移平台应用

供稿:MOTEC(中国)营销中心 2012/11/28 12:05:44

0 人气:1239

  • 关键词: 半导体芯片 激光切割控制系统 伺服电机
  • 摘要:半导体芯片切割控制精度要求非常高,目前国内基本上用的都是进口设备。此为我公司为某半导体厂家开发的设备。可实现原点复归,激光功率检测,芯片切割等功能。 机构运动部分由motec精密直线位移平台,motec交流伺服电机,盘式伺服电机,直线光栅,motec伺服驱动器及极限保护传感器组成。

半导体芯片切割控制精度要求非常高,目前国内基本上用的基本上都是进口设备。此为我公司为某半导体厂家开发的设备。

1、系统选型

   

X轴负载重量Mx  20.2kg

Y轴负载重量My  2.9kg

滚轴丝杠螺距P    5mm

额定转速:             3000(min-1)

摩擦系数:             μ =0.2

机械效率:             η=0.9

加速时间:        t=0.01s

负载速度:          VL=15m/min

             

惯量、扭矩计算

1)惯量计算

X轴负载惯量:Jx=Mx(P /2π)2

               = 20.2×0.005/2×3.14

               = 0.128×10-4 kgm2

Y轴负载惯量:Jy=My(P/2π)2

               =2.9×0.005/2×3.142

                        = 0.0184×10-4 kgm2

 滚珠丝杠:  J2 = πρLBDB4/32

               = 0.405×10-4 kgm2

 X电机负载惯量: JLX = Jx+ J2=0.533×10-4 kgm2

Y轴电机负载惯量: JLY= Jy+ J2=0.4234×10-4 kgm2

 400w电机惯量:Jm4= 0.26×10-4 kgm2

 750w电机惯量:Jm7=0.87×10-4 kgm2

2)扭矩计算

 由于需要的行程速度是100mm/s150mm/s,这次速度将以250mm/s=15m/min来计算。

电机转速:NL = VL/P=15/0.005 = 3000min-1

               = 3000 × 2π / 60=314 rad

加速度:a+ = NL/t =3140 rad/s2

 

X轴负载转矩:TLX=μMgP / 2πη

              =0.2×20.2×9.8×0.005/2×3.14×0.9=0.035 Nm

Y轴负载转矩:TLY=μMgP / 2πη

              =0.2×2.9×9.8×0.005/2×3.14×0.9=0.00304 Nm

X轴启动转矩:Tpx = (JLX + Jm7)a+ + TLX

= 0.441 + 0.035 = 0.476 Nm

Y轴启动转矩:Tpy = (JLY + Jm4)a+ + TLY

= 0.215  + 0.00304 = 0.218 Nm

X轴制动转矩:Tsx =  (JLX+ Jm7)a+ - TL

                        =0.441-0.035=0.406Nm

Y轴制动转矩:Tsy =  (JLY + Jm4)a+ - TL

=  0.215 - 0.00304 = 0.212 Nm

通过以上的计算选用的是松下MHMD400wMSMD750w的交流伺服电机,该型号输出惯量适合,运行更平稳。X轴用的是750w伺服系统,额定扭矩为2.4Nm;而Y轴用400w的伺服系统,额定扭矩为1.3Nm;这两款的额定转速都为3000rps;所选伺服的惯量及扭矩都能使载体平稳的运行。

3)盘式电机选型

由于在盘式伺服上要放的是一个铝制的圆盘,圆盘规格(R=150mm  M=1kg  实心)

圆盘惯量J=1/2×M×(D/2)²=1/2×1×(150/2)²=0.0028125 kgm2

扭矩T=角加速度a×惯量J  

圆盘转π/2需要的时间是4s  平均角速度V=π/2÷4=0.3925rad/s

   角加速度=角速度V/加速时间t=0.3925×0.01=39.25rad/s²

   扭矩T=39.25×0.0028125=0.1104Nm   

由于惯量要匹配,盘式伺服承受物体的惯量和盘式伺服自身的惯量的比例在110之内是最

理想的,所以所选的盘式伺服ND110-50F自身的惯量是0.00034 kgm2、额定扭矩是2.4Nm最大扭矩是7.2Nm、回转速度是5rps、分辨率是720000 ppr。该盘式伺服的定位精度是±90s,重复定位精度是±18s,外加绝对值选项定位精度可达±15s、重复定位精度±1.8s

360=1296000s   圆盘周长 L=πR=3.14×150=471000um  则角度1s=0.363um弧长

所以当定位精度为15s时圆盘的弧长精度可达到5.445um

1.1实现功能

   1、原点复归

   2、激光功率检测

   3、芯片切割

1.2系统设计

 

       机构运动部分由精密直线位移平台,交流伺服电机,盘式伺服电机,直线光栅,伺服驱动器及极限保护传感器组成.

如图1-1所示, motec精密直线位移平台,盘式伺服电机均以行程中心为中点对中安装.X轴配备750w motec交流伺服电机及直线光栅,Y轴配备400w motec交流伺服电机,XY轴两侧各安装2个极限保护传感器(行程开关或光藕).

1.3设备图片

         

 

2 控制过程

芯片切割

        选择所要切割芯片的型号,以安全门关闭为触发信号,真空阀打开,工作台中心由(0,-90,0)处移动至(0,0,0),手动X Y轴使监视器十字线对准芯片切割区域中心,ON键工作台移动至(0,-45,0),手动A轴旋转校直芯片,ON键工作台移动至(0,45,0)处再次校直芯片,如此反复直至芯片校直.长按ON键使工作台回到(0,0,0)点处, 手动X Y轴使监视器十字线对准芯片切割区域中心,长按ON键切割程序启动,氮气阀和排风电机开启。 

          

2-1因芯片尺寸为4英寸,设定程序外圆为4.3英寸(110mm).工作台由中心移动至外圆时,激光R-shutter关闭,由外圆开始切割时, 激光R-shutter开启

切割过程中可按OFF键暂停程序,手动调整X Y A轴位置,调整期间R-shutter关闭,ON键程序启动, R-shutter开启,继续切割。

 

切好一面后,工作台旋转90°,继续切割。

     

 

    整张芯片切割结束后, 激光器R-shutter,氮气阀,真空阀及排风电机均关闭,工作台返回至(0,-90,0),安全门打开,工作流程结束.

3 操作界面

4 结束语

       此设备控制灵活,定位精度高,完全可替代进口设备,得到用户好评。

更多内容请访问 MOTEC(中国)营销中心(http://c.gongkong.com/?cid=19452)

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