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1、高精半导体芯片激光切割控制系统0引言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：20.2kgY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）=0.128×10-4kgm2Y轴负载惯量：Jy=My(P/2π)2=2.9×（0.005/2×3.14）2=0.0
2、184×10-4kgm2滚珠丝杠：J2=πρLBDB4/32=0.405×10-4kgm2X轴电机负载惯量：JLX=Jx+J2=0.533×10-4kgm2Y轴电机负载惯量：JLY=Jy+J2=0.4234×10-4kgm2400w电机惯量：Jm4=0.26×10-4kgm2750w电机惯量：Jm7=0.87×10-4kgm2（2）扭矩计算由于需要的行程速度是100mm/s到150mm/s，这次速度将以250mm/s=15m/min来计算。电机转速：NL=VL/P=15/0.005=3000（min-1）=3000×2π/60=314rad加速度：a+=NL/t=3140rad
3、/s2X轴负载转矩：TLX=μMgP/2πη=0.2×20.2×9.8×0.005/2×3.14×0.9=0.035NmY轴负载转矩：TLY=μMgP/2πη=0.2×2.9×9.8×0.005/2×3.14×0.9=0.00304NmX轴启动转矩：Tpx=(JLX+Jm7)●a++TLX=0.441+0.035=0.476NmY轴启动转矩：Tpy=(JLY+Jm4)●a++TLY=0.215+0.00304=0.218NmX轴制动转矩：Tsx=(JLX+Jm7)●a+-TL=0.441-0.035=0.406NmY轴制动转矩：Tsy=(JLY+Jm4)●a+-TL=0.215
4、-0.00304=0.212Nm通过以上的计算选用的是松下MHMD400w和MSMD750w的交流伺服电机，该型号输出惯量适合，运行更平稳。6X轴用的是750w的伺服系统，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=150mmM=1kg实心)：圆盘惯量J=1/2×M×（D/2）²=1/2×1×（150/2）²=0.0028125kgm2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=
5、π/2÷4=0.3925rad/s则角加速度=角速度V/加速时间t=0.3925×0.01=39.25rad/s²则扭矩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1：10之内是最理想的，所以所选的盘式伺服ND110-50F自身的惯量是0.00034kgm2、额定扭矩是2.4Nm最大扭矩是7.2Nm、回转速度是5rps、分辨率是720000ppr。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度=1296000s圆盘周长L=πR=
6、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6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,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交流伺服电机及直线光栅,Y轴配备400w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
7、,工作台中心由(0,-90,0)处移动至(0,0,0)处,手动XY轴使监视器十字线对准芯片切割区域中心,按ON键工作台移动至(0,-45,0)处,手动A轴旋转校直芯片,按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XY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.6图2-1图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-shut
