羅升橫河直線電機(jī) DD 馬達(dá)平臺(tái)在晶圓激光切割機(jī)的應(yīng)用
摘要： 文章介紹了晶圓激光切割工藝，晶圓切割設(shè)備設(shè)備組成以及橫河 DD 馬達(dá)、橫河直線電機(jī)組成的直線平臺(tái)特點(diǎn)以及在激光切割設(shè)備中的應(yīng)用。提出了直接驅(qū)動(dòng)伺服、直線電機(jī)在該設(shè)備使用的優(yōu)勢(shì)，直接驅(qū)動(dòng)伺服的使用在未來(lái)必將是一個(gè)發(fā)展趨勢(shì)，在高精密運(yùn)動(dòng)控制設(shè)備上的使用會(huì)越來(lái)越廣泛。
關(guān)鍵字： 橫河 DD馬達(dá),晶圓切割，橫河直線電機(jī)，高精度，重復(fù)定位精度,激光切割
The application of Yokogawa DD motor and Yokogawa linear motor on the wafer cutting machine
Abstract: The techniques of wafer cutting machine and the characteristic of Yokogawa DD motor and Yokogawa linear motor is introduced. The advantage of using direct drive motor on the wafer cutting machine is proposed. The Direct drive motor will be used on the high motion accuracy machine.
Keyword: Yokogawa DD motor, wafer cutting, Yokogawa linear motor, high accuracy, repeated positioning accuracy，laser cutting
1 激光晶圓切割工藝、設(shè)備介紹
激光切割是應(yīng)用激光聚焦后產(chǎn)生的高功率密度能量來(lái)實(shí)現(xiàn)的。在計(jì)算機(jī)的控制下，通過(guò)脈沖使激光器放電，從而輸出受控的重復(fù)高頻率的脈沖激光，形成一定頻率，一定脈寬的光束，該脈沖激光束經(jīng)過(guò)光路傳導(dǎo)及反射并通過(guò)聚焦透鏡組聚焦在加工物體的表面上，形成一個(gè)個(gè)細(xì)微的、高能量密度光斑，焦斑位于待加工面附近，以瞬間高溫熔化或氣化被加工材料。
每一個(gè)高能量的激光脈沖瞬間就把物體表面濺射出一個(gè)細(xì)小的孔，在計(jì)算機(jī)控制下，激光加工頭與被加工材料按預(yù)先繪好的圖形進(jìn)行連續(xù)相對(duì)運(yùn)動(dòng)打點(diǎn)，這樣就會(huì)把物體加工成想要的形狀。 切割時(shí),一股與光束同軸氣流由切割頭噴出，將熔化或氣化的材料由切口的底部吹出(注：如果吹出的氣體和被切割材料產(chǎn)生熱效反應(yīng),則此反應(yīng)將提供切割所需的附加能源；氣流還有冷卻已切割面，減少熱影響區(qū)和保證聚焦鏡不受污染的作用)。與傳統(tǒng)的板材加工方法相比,激光切割其具有高的切割質(zhì)量(切口寬度窄、熱影響區(qū)小、切口光潔) 、高的切割速度、高的柔性(可隨意切割任意形狀) 、廣泛的材料適應(yīng)性等優(yōu)點(diǎn)。激光切割技術(shù)廣泛應(yīng)用于金屬和非金屬材料的加工中，可大大減少加工時(shí)間，降低加工成本，提高工件質(zhì)量。
圖 1 激光晶圓切割機(jī)
晶圓激光切割機(jī)（圖 1） ，整個(gè)系統(tǒng)由控制系統(tǒng)、運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)、光學(xué)系統(tǒng)、水冷系統(tǒng)、排煙和吹氣保護(hù)系統(tǒng)等組成，采用最先進(jìn)的數(shù)控模式實(shí)現(xiàn)多軸聯(lián)動(dòng)及激光不受速度影響的等能量切割，同時(shí)支持 DXP、PLT、CNC 等圖形格式并強(qiáng)化界面圖形繪制處理能力；采用橫河 DD馬達(dá)與直線電機(jī)組成的精密定位平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)在高速狀態(tài)下良好的運(yùn)動(dòng)、重復(fù)定位精度。
圖 2 切割完成的晶圓
2 橫河DD馬達(dá)、直線電機(jī)產(chǎn)品特點(diǎn)
晶圓切割需要極高的重復(fù)定位精度與絕對(duì)定位精度和運(yùn)行定位的平穩(wěn)性，因此在運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)中必須使用直接驅(qū)動(dòng)伺服取代普通交流伺服和絲杠的構(gòu)架。以下介紹在晶圓切割機(jī)運(yùn)動(dòng)控制中廣泛使用的橫河DD馬達(dá)、直線電機(jī)定位平臺(tái)。
圖3 橫河DD馬達(dá)直線電機(jī)精密定位平臺(tái)
DD motor 從字面上理解是直接驅(qū)動(dòng)馬達(dá)（direct drive）,但實(shí)際上它并非是普通的馬達(dá)，而是一種結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，高精度，高性能的特殊型交流馬達(dá)。之所以稱之為直接驅(qū)動(dòng)，因?yàn)樗扇∞D(zhuǎn)子和運(yùn)動(dòng)載體直接連接的方式，中間不再用其他的過(guò)渡連接（減速機(jī)構(gòu)， 聯(lián)軸器等） 。
�。▓D4 DD 馬達(dá)機(jī)械構(gòu)成）
DD 馬達(dá)結(jié)構(gòu)為外轉(zhuǎn)子形式，與內(nèi)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的普通馬達(dá)不同，特別是其采用的向心軸承可承受一定的軸向力。其編碼器為光電型編碼器高解析度，一般為 500,000ppr 以上，并帶有原點(diǎn)和限位輸出。由于高水準(zhǔn)的制成工藝保證和高精度的測(cè)量反饋，此種馬達(dá)的定位精度可達(dá)秒級(jí)。（如DM1B系列的絕對(duì)精度為 15 arc-sec，重復(fù)定位精度為 1 arc-sec）。
圖 5橫河直線電機(jī)解剖圖
橫河直線電機(jī)的特點(diǎn)是動(dòng)子、定子、導(dǎo)軌、基座整體提供（圖 5），在能夠滿足精度的前提下，可以按照客戶的要求進(jìn)行各種平臺(tái)的組合（圖6），以實(shí)現(xiàn)高精度的運(yùn)動(dòng)控制。重復(fù)定位精度可以達(dá)到+/-0.1micro-meter。
圖 6 橫河高精密運(yùn)動(dòng)平臺(tái)
在激光晶圓切割機(jī)上，對(duì)運(yùn)動(dòng)控制平臺(tái)有非常的要求是對(duì)于切割臺(tái)面平面度的要求，小于10micro-meter。如果不理想的平面度會(huì)造成激光在平面的焦距不一致，這樣就會(huì)在有的區(qū)域切割過(guò)深，有的區(qū)域切割不完全。橫河DD 馬達(dá)的制作工藝（圖 7）決定了平臺(tái)的平面度能夠達(dá)到很高的指標(biāo)。
圖 7 DD馬達(dá)平面度研磨
在出廠時(shí)做以下內(nèi)容檢測(cè)（圖8），可以保證馬達(dá)的安裝面平面度，從而保證最終激光切割平臺(tái)的平面度，達(dá)到理想的切割效果。
圖 8 DD馬達(dá)負(fù)載安裝面平面度檢測(cè)
3 結(jié)論
近年來(lái)隨著半導(dǎo)體行業(yè)的發(fā)展，對(duì)于半導(dǎo)體加工設(shè)備、激光加工、切割設(shè)備國(guó)內(nèi)需求量迅速增多，國(guó)內(nèi)的一些大的半導(dǎo)體加工廠家引進(jìn)了國(guó)外先進(jìn)設(shè)備來(lái)滿足市場(chǎng)需求。而中國(guó)本土化的設(shè)備在技術(shù)、性能上相對(duì)國(guó)外產(chǎn)品有一定的差距，使得一些擁有先進(jìn)技術(shù)裝備的國(guó)外專業(yè)半導(dǎo)體設(shè)備廠商瞄準(zhǔn)這一商機(jī)，紛紛將設(shè)備打入中國(guó)市場(chǎng)甚至在中國(guó)投資建廠。但為了奪回這一市場(chǎng)，國(guó)內(nèi)半導(dǎo)體設(shè)備生產(chǎn)商也在加大研發(fā)力度向高精度、高效率領(lǐng)域發(fā)展。羅升
企業(yè)以引進(jìn)先進(jìn)技術(shù)，提升制造業(yè)水平為使命，最早將直接驅(qū)動(dòng)伺服平臺(tái)引進(jìn)到國(guó)內(nèi)半導(dǎo)體激光價(jià)格設(shè)備，并形成規(guī)模生產(chǎn)，國(guó)內(nèi)廠商也在逐步應(yīng)用此項(xiàng)技術(shù)。隨著國(guó)內(nèi)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，越來(lái)越多的高新技術(shù)被應(yīng)用到工業(yè)領(lǐng)域。羅升公司希望架起技術(shù)的橋梁，更多地將國(guó)外成熟的應(yīng)用技術(shù)提供給行業(yè)中人分享
參考文獻(xiàn)
[1] 薛福連。 直接驅(qū)動(dòng)交流伺服電機(jī).。電機(jī)技術(shù) 2006年 1 期。
作者簡(jiǎn)介:
趙琦, 男,1981-,漢族 天津羅升企業(yè)有限公司 伺服產(chǎn)品處
