摘要：本文主要針對半導體領域固晶機和晶圓機器人的應用現(xiàn)況，介紹了目前在實際使用當所中碰到的一些“痛點”問題，以 及清能德創(chuàng)電氣技術(shù)（北京）有限公司推出的多軸一體式伺服驅(qū)動解決方案。

1  清能德創(chuàng)多軸一體伺服驅(qū)動在固晶機上的 應用

(1)固晶機介紹
固晶機作為LED封裝的核心設備，是封測芯片貼裝環(huán)節(jié) 中最關鍵、最核心的設備，需滿足高定位精度、多工位同步 操作及高速貼裝效率的要求，以保證廠家提升產(chǎn)能和加工精 度的需求。
LED固晶機主要由固晶（焊頭）模組、點膠模組、晶圓 臺、工作臺、自動上下料及視覺系統(tǒng)等部分組成，是半導體 和LED制造中的核心設備，主要用于將LED芯片或半導體器件 精準固定到基板（如PCB或引線框架）上，實現(xiàn)自動化封裝。
隨著芯片尺寸不斷縮小、封裝精度要求日益嚴苛（誤差 需控制在微米級），固晶平臺對伺服驅(qū)動系統(tǒng)的響應速度、 定位精度和穩(wěn)定性提出了極致要求。
(2)應用需求
· 高精度定位
固晶機需要微米級的精度操作，微小的定位誤差可能導 致芯片損壞；
· 高速穩(wěn)定
設備在高速固晶時，需要保持穩(wěn)定性，避免因設備振動 導致定位不準，造成產(chǎn)品缺陷。
應對固晶機高速高精的應用挑戰(zhàn)，清能德創(chuàng)推出 CoolDrive MD多軸一體直驅(qū)伺服驅(qū)動，助力半導體客戶達成 化繁為簡、事半功倍的目標。
(3)產(chǎn)品優(yōu)勢
①多軸結(jié)構(gòu)，高效易用
CoolDrive MD采用高度集成化設計，最多能節(jié)省50%以 上的電柜空間。
· 結(jié)構(gòu)緊湊：多軸一體結(jié)構(gòu)設計，最多能同時驅(qū)動3臺 電機，簡化布線的同時，降低物料成本；同時支持可靈活擴 展，實現(xiàn)多工位協(xié)同，提升生產(chǎn)效率；
· 高速傳輸：高速實時響應和大數(shù)據(jù)傳輸，數(shù)據(jù)鏈路雙 冗余確保通訊數(shù)據(jù)安全可靠；

· 高效易用：專用調(diào)試軟件DriveMaster設有應用向?qū)Ч?能，大幅簡化調(diào)試步驟，大幅提升工作效率。
②直驅(qū)應用，精準穩(wěn)定
· 支持豐富編碼器：支持絕對值編碼器（Tamagawa、 Biss-C、EnDat 2.2）、ABZ增量式、Hall位置傳感器，提升 設備綜合性價比與迭代靈活性；
· 力/力矩控制：使用高精度電流反饋元件，支持力/力 矩閉環(huán)控制，力/力矩波動小，控制吸放晶圓的下壓力度， 防止晶圓壓壞變形；
· 高級伺服算法：內(nèi)置多種高級伺服算法，在復雜工況 下可以靈活配置，實現(xiàn)精準平穩(wěn)的控制，避免因設備振動造 成晶圓缺陷。
③機型豐富，多樣選擇
CoolDrive MD系列設有豐富機型，支持EhterCAT和脈 沖控制，滿足不同應用需求。
(3)應用效果
· 性能提升
取晶整定到4μm時間＜10ms；
固晶整定到4μm時間＜15ms；
· 效率提升
單邊＞45K/H做料效率；
雙邊＞90K/H做料效率；

· 高性價比
多軸一體伺服方案，發(fā)揮多軸直驅(qū)性能的同時，具有更 高的成本優(yōu)勢。

2 晶圓搬運機器人伺服解決方案

(1)設備介紹
晶圓搬運機器人是半導體設備中重要的生產(chǎn)設備之一， 主要用于搬送、運輸以及定位半導體晶圓，適用于集成電 路、芯片制造等半導體前端工序。
(2)需求與挑戰(zhàn)
源于晶圓的極高脆性、精密性以及半導體制造的物理空 間限制，晶圓搬運機器人對以下指標極其關注：
· 定位精度與重復定位精度：高速運行時，定位偏差會導 致機械臂與晶圓載具發(fā)生碰撞，晶圓邊緣破損率大幅提升；
· 可靠性：可靠性差的搬運機器人易造成晶圓物理損傷；
· 設備尺寸：因應用場景的特殊性，需要設備體積減 少，以適應緊湊的安裝空間。
為提升晶圓搬運的良品率，目前很多廠家不得不通過降 低速度的方法進行生產(chǎn)，如此操作雖然提升了成品率，但生 產(chǎn)效率卻大幅降低。
(3)清能德創(chuàng)多軸一體伺服方案
憑借在工業(yè)機器人多軸一體伺服的深厚技術(shù)積累，清能 德創(chuàng)推出了多軸一體通用伺服驅(qū)動CoolDrive MA和多軸一體 直驅(qū)伺服驅(qū)動CoolDrive MD產(chǎn)品系列。依托緊湊的機身設 計、卓越的產(chǎn)品性能、豐富的伺服功能及高效易用等優(yōu)勢， 讓多軸一體伺服產(chǎn)品成為晶圓搬運機器人的理想伺服選擇。
(4)多軸一體伺服方案應用優(yōu)勢
①空間緊湊：多軸一體結(jié)構(gòu)設計，大幅降低安裝空間； 簡化布線，降低物料成本；快速安裝，提升工作效率。
②性能優(yōu)秀：
· 全新硬件架構(gòu)，EtherCAT總線通信（250μs），多核 高性能主控芯片，將電流環(huán)控制執(zhí)行周期縮短至1.2μs，電 流采樣精度達16bit；
· 支持多路快速IO，有效提升系統(tǒng)的動態(tài)響應能力，使 得設備的定位精度達到±100μm以內(nèi)；
· 設有豐富編碼器接口，支持絕對值編碼器（多摩川、 Biss-C、EnDat2.2）、ABZ增量式、Hall位置傳感器，滿足 晶圓搬運的高精度需求。
③功能豐富
清能德創(chuàng)多軸一體伺服內(nèi)置豐富伺服功能，配合專業(yè)便 捷的調(diào)試軟件DriveMaster，能有效提升晶圓搬運機器人的 搬運效率與可靠性，降低晶圓不良率。
· 高階振動抑制算法：產(chǎn)品集成高階振動抑制算法，顯 著減少振動對性能的不利影響，有助于在關鍵過程中保持準 確性，避免晶圓在設備運行過程中因振動造成損壞；
· Touch Probe探針功能：用于晶圓定位、高度檢測和表面 平整度測量等，是保證晶圓搬運機器人高效、精準運行的必備 功能；
· 誤差補償功能：利用保存在驅(qū)動器內(nèi)的誤差補償表進 行實時補償，能夠消除因光柵尺或編碼器測量誤差導致的可 重復定位誤差；支持多種行業(yè)內(nèi)標準的激光干涉儀誤差測量 數(shù)據(jù)格式，并可實現(xiàn)誤差測量的驅(qū)動器自主規(guī)劃運行，設置 簡單，操作便利；
· 位置比較輸出：由驅(qū)動器根據(jù)電機實際位置輸出控制 信號，控制工業(yè)照相機、激光頭、掃碼機等裝置動作，實現(xiàn) 電機實際位置與機構(gòu)執(zhí)行控制高度同步，從而顯著提高設備 的工作效率，實現(xiàn)精準搬運晶圓的目的。
(5)應用效果
高效穩(wěn)定的晶圓搬運機器人不僅能夠?qū)崿F(xiàn)精準的晶圓搬 運，而且在速度和成本方面也具有顯著優(yōu)勢。在多軸一體伺 服驅(qū)動的配合下，晶圓搬運機器人可以高效、精準的生產(chǎn)， 有效降低了晶圓搬運的制造成本，提升競爭力。