引言半導體晶元切割控制精度要求非常高，目前國內基本上用的基本上都是進口設備；此為我公司為某半導體廠家開發的設備。1、系統選型X軸負載重量Mx：20.2kgY軸負載重量My：2.9kg滾軸絲杠螺距P：5mm額定轉速：3000(min-1)摩擦係數：μ =0.2機械效率： η=0.9加速時間： t=0.01s負載速度： VL=15m/min慣量、扭矩計算（1）慣量計算
X軸負載慣量：Jx=Mx(P /2π)2
= 20.2×（0.005/2×3.14）= 0.128×10-4 kgm2
Y軸負載慣量：Jy=My(P/2π)2
=2.9×（0.005/2×3.14）2= 0.0184×10-4 kgm2滾珠絲杠： J2 = πρLBDB4/32= 0.405×10-4 kgm2X軸電機負載慣量： JLX = Jx+ J2=0.533×10-4 kgm2
Y軸電機負載慣量： JLY= Jy+ J2=0.4234×10-4 kgm2
400w電機慣量：Jm4= 0.26×10-4 kgm2750w電機慣量：Jm7=0.87×10-4 kgm2（2）扭矩計算由於需要的行程速度是100mm/s到150mm/s，這次速度將以250mm/s=15m/min來計算。
電機轉速：NL = VL/P=15/0.005 = 3000（min-1）
= 3000 × 2π / 60=314 rad
加速度：a+ = NL/t =3140 rad/s2
X軸負載轉矩：TLX=μMgP / 2πη=0.2×20.2×9.8×0.005/2×3.14×0.9=0.035 NmY軸負載轉矩：TLY=μMgP / 2πη=0.2×2.9×9.8×0.005/2×3.14×0.9=0.00304 NmX軸啟動轉矩：Tpx = (JLX + Jm7)●a+ + TLX
= 0.441 + 0.035 = 0.476 Nm
Y軸啟動轉矩：Tpy = (JLY + Jm4)●a+ + TLY
= 0.215 + 0.00304 = 0.218 Nm
X軸制動轉矩：Tsx = (JLX+ Jm7)●a+ - TL=0.441-0.035=0.406NmY軸制動轉矩：Tsy = (JLY + Jm4)●a+ - TL
= 0.215 - 0.00304 = 0.212 Nm
通過以上的計算選用的是MOTEC400w和750w的交流伺服電機，該型號輸出慣量適合，運行更平穩。X軸用的是750w的伺服系統，額定扭矩為2.4Nm；而Y軸用400w的伺服系統，額定扭矩為1.3Nm；這兩款的額定轉速都為3000rps；所選伺服的慣量及扭矩都能使載體平穩的運行。（3）盤式電機選型由於在盤式伺服上要放的是一個鋁製的圓盤，圓盤規格(R=150mm M=1kg 實心)：圓盤慣量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圓盤轉π/2需要的時間是4s 平均角速度V=π/2÷4=0.3925rad/s則 角加速度=角速度V/加速時間t=0.3925×0.01=39.25rad/s²則 扭矩T=39.25×0.0028125=0.1104Nm由於慣量要匹配，盤式伺服承受物體的慣量和盤式伺服自身的慣量的比例在1：10之內是最理想的，所以所選的盤式伺服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、迴轉速度是5rps、解析度是720000 ppr。該盤式伺服的定位精度是±90s，重複定位精度是±18s，外加絕對值選項定位精度可達±15s、重複定位精度±1.8s。360度=1296000s 圓盤周長 L=πR=3.14×150=471000um 則角度1s=0.363um弧長所以當定位精度為15s時圓盤的弧長精度可達到5.445um。1.1實現功能1、原點復歸2、激光功率檢測3、晶元切割1.2系統設計
機構運動部分由精密直線位移平台,交流伺服電機,盤式伺服電機,直線光柵,伺服驅動器及極限保護感測器組成.
如圖1-1所示, 精密直線位移平台,盤式伺服電機均以行程中心為中點對中安裝.X軸配備750w交流伺服電機及直線光柵,Y軸配備400w交流伺服電機,XY軸兩側各安裝2個極限保護感測器(行程開關或光藕).
1.3設備圖片
2 控制過程晶元切割
選擇所要切割晶元的型號,以安全門關閉為觸發信號,真空閥打開,工作台中心由(0,-90,0)處移動至(0,0,0)處,手動X Y軸使監視器十字線對準晶元切割區域中心,按ON鍵工作台移動至(0,-45,0)處,手動A軸旋轉校直晶元,按ON鍵工作台移動至(0,45,0)處再次校直晶元,如此反覆直至晶元校直.長按ON鍵使工作台回到(0,0,0)點處, 手動X Y軸使監視器十字線對準晶元切割區域中心,長按ON鍵切割程序啟動,氮氣閥和排風電機開啟.
圖2-1
圖2-1因晶元尺寸為4英寸,設定程序外圓為4.3英寸(110mm).工作台由中心移動至外圓時，激光R-shutter關閉,由外圓開始切割時, 激光R-shutter開啟.
切割過程中可按OFF鍵暫停程序,手動調整X Y A軸位置,調整期間R-shutter關閉,按ON鍵程序啟動, R-shutter開啟,繼續切割.
切好一面后,工作台旋轉90°,繼續切割.
圖2-3
整張晶元切割結束后, 激光器R-shutter,氮氣閥,真空閥及排風電機均關閉,工作台返回至(0,-90,0)處,安全門打開,工作流程結束.3 操作界面
4 結束語此設備控制靈活，定位精度高，完全可替代進口設備，得到用戶好評。
