0 引言

   半導(dǎo)體芯片切割控制精度要求非常高，目前國(guó)內(nèi)基本上用的基本上都是進(jìn)口設(shè)備。此為我公司為某半導(dǎo)體廠家開(kāi)發(fā)的設(shè)備。

1、系統(tǒng)選型

（1）慣量計(jì)算

X軸負(fù)載慣量：J_x=Mx(P /2π)²

               = 20.2×（0.005/2×3.14）

               = 0.128×10^-4 kgm²

Y軸負(fù)載慣量：J_y=My(P/2π)²

               =2.9×（0.005/2×3.14）²

                        = 0.0184×10^-4 kgm²

 滾珠絲杠：  J₂ = πρL_BD_B⁴/32

               = 0.405×10^-4 kgm²

 X軸電機(jī)負(fù)載慣量： J_LX = J_x+ J₂=0.533×10^-4 kgm²

Y軸電機(jī)負(fù)載慣量： J_LY= J_y+ J₂=0.4234×10^-4 kgm²

 400w電機(jī)慣量：J_m4= 0.26×10^-4 kgm²

 750w電機(jī)慣量：J_m7=0.87×10^-4 kgm²

（2）扭矩計(jì)算

 由于需要的行程速度是100mm/s到150mm/s，這次速度將以250mm/s=15m/min來(lái)計(jì)算。

電機(jī)轉(zhuǎn)速：N_L = V_L/P=15/0.005 = 3000（min^-1）

               = 3000 × 2π / 60=314 rad

加速度：a₊ = N_L/t =3140 rad/s²

X軸負(fù)載轉(zhuǎn)矩：T_LX=μMgP / 2πη

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

Y軸負(fù)載轉(zhuǎn)矩：T_LY=μMgP / 2πη

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

X軸啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩：T_px = (J_LX + J_m7)●a₊ + T_LX

= 0.441 + 0.035 = 0.476 Nm

Y軸啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩：T_py = (J_LY + J_m4)●a₊ + T_LY

= 0.215  + 0.00304 = 0.218 Nm

X軸制動(dòng)轉(zhuǎn)矩：Tsx =  (J_LX+ J_m7)●a₊ - T_L

                        =0.441-0.035=0.406Nm

Y軸制動(dòng)轉(zhuǎn)矩：Tsy =  (J_LY + J_m4)●a₊ - T_L

=  0.215 - 0.00304 = 0.212 Nm

通過(guò)以上的計(jì)算選用的是松下MHMD400w和MSMD750w的交流伺服電機(jī)，該型號(hào)輸出慣量適合，運(yùn)行更平穩(wěn)。X軸用的是750w的伺服系統(tǒng)，額定扭矩為2.4Nm；而Y軸用400w的伺服系統(tǒng)，額定扭矩為1.3Nm；這兩款的額定轉(zhuǎn)速都為3000rps；所選伺服的慣量及扭矩都能使載體平穩(wěn)的運(yùn)行。

（3）盤(pán)式電機(jī)選型

由于在盤(pán)式伺服上要放的是一個(gè)鋁制的圓盤(pán)，圓盤(pán)規(guī)格(R=150mm  M=1kg  實(shí)心)：

圓盤(pán)慣量J=1/2×M×（D/2）2=1/2×1×（150/2）2=0.0028125 kgm2

扭矩T=角加速度a×慣量J  

圓盤(pán)轉(zhuǎn)π/2需要的時(shí)間是4s  平均角速度V=π/2÷4=0.3925rad/s

則   角加速度=角速度V/加速時(shí)間t=0.3925×0.01=39.25rad/s2

則   扭矩T=39.25×0.0028125=0.1104Nm   

由于慣量要匹配，盤(pán)式伺服承受物體的慣量和盤(pán)式伺服自身的慣量的比例在1：10之內(nèi)是最

理想的，所以所選的盤(pán)式伺服ND110-50F自身的慣量是0.00034 kgm2、額定扭矩是2.4Nm最大扭矩是7.2Nm、回轉(zhuǎn)速度是5rps、分辨率是720000 ppr。該盤(pán)式伺服的定位精度是±90s，重復(fù)定位精度是±18s，外加絕對(duì)值選項(xiàng)定位精度可達(dá)±15s、重復(fù)定位精度±1.8s。

360度=1296000s   圓盤(pán)周長(zhǎng) L=πR=3.14×150=471000um  則角度1s=0.363um弧長(zhǎng)

所以當(dāng)定位精度為15s時(shí)圓盤(pán)的弧長(zhǎng)精度可達(dá)到5.445um。

1.1實(shí)現(xiàn)功能

   1、原點(diǎn)復(fù)歸

   2、激光功率檢測(cè)

   3、芯片切割

1.2系統(tǒng)設(shè)計(jì)

機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)部分由精密直線位移平臺(tái),交流伺服電機(jī),盤(pán)式伺服電機(jī),直線光柵,伺服驅(qū)動(dòng)器及極限保護(hù)傳感器組成.

如圖1-1所示, 精密直線位移平臺(tái),盤(pán)式伺服電機(jī)均以行程中心為中點(diǎn)對(duì)中安裝.X軸配備750w交流伺服電機(jī)及直線光柵,Y軸配備400w交流伺服電機(jī),XY軸兩側(cè)各安裝2個(gè)極限保護(hù)傳感器(行程開(kāi)關(guān)或光藕).

1.3設(shè)備圖片

2 控制過(guò)程

芯片切割

    選擇所要切割芯片的型號(hào),以安全門(mén)關(guān)閉為觸發(fā)信號(hào),真空閥打開(kāi),工作臺(tái)中心由(0,-90,0)處移動(dòng)至(0,0,0)處,手動(dòng)X Y軸使監(jiān)視器十字線對(duì)準(zhǔn)芯片切割區(qū)域中心,按ON鍵工作臺(tái)移動(dòng)至(0,-45,0)處,手動(dòng)A軸旋轉(zhuǎn)校直芯片,按ON鍵工作臺(tái)移動(dòng)至(0,45,0)處再次校直芯片,如此反復(fù)直至芯片校直.長(zhǎng)按ON鍵使工作臺(tái)回到(0,0,0)點(diǎn)處, 手動(dòng)X Y軸使監(jiān)視器十字線對(duì)準(zhǔn)芯片切割區(qū)域中心,長(zhǎng)按ON鍵切割程序啟動(dòng),氮?dú)忾y和排風(fēng)電機(jī)開(kāi)啟.

           圖2-1

圖2-1因芯片尺寸為4英寸,設(shè)定程序外圓為4.3英寸(110mm).工作臺(tái)由中心移動(dòng)至外圓時(shí)，激光R-shutter關(guān)閉,由外圓開(kāi)始切割時(shí), 激光R-shutter開(kāi)啟.

切割過(guò)程中可按OFF鍵暫停程序,手動(dòng)調(diào)整X Y A軸位置,調(diào)整期間R-shutter關(guān)閉,按ON鍵程序啟動(dòng), R-shutter開(kāi)啟,繼續(xù)切割.

切好一面后,工作臺(tái)旋轉(zhuǎn)90°,繼續(xù)切割.

   圖2-3

    整張芯片切割結(jié)束后, 激光器R-shutter,氮?dú)忾y,真空閥及排風(fēng)電機(jī)均關(guān)閉,工作臺(tái)返回至(0,-90,0)處,安全門(mén)打開(kāi),工作流程結(jié)束.

3 操作界面

4 結(jié)束語(yǔ)

   此設(shè)備控制靈活，定位精度高，完全可替代進(jìn)口設(shè)備，得到用戶好評(píng)。