Почему мы постоянно возвращаемся к линейным каскадам PSG в полупроводниковом оборудовании — заметки инженера-технолога.

Почему мы постоянно возвращаемся к линейным каскадам PSG в полупроводниковом оборудовании — заметки инженера-технолога.

Если вы когда-либо наблюдали, как система контроля пластин постепенно теряет свою эффективность после нескольких тысяч циклов, вы знаете, что линейный механизм — это не просто стандартная деталь. Я убедился в этом на собственном опыте, когда на оборудовании для монтажа кристаллов, которое мы тестировали, начал наблюдаться дрейф позиционирования в последние 10% каждой смены. Первопричина заключалась не в системе машинного зрения или настройке контроллера, а в неспособности механизма поддерживать повторяемость при непрерывных нагрузках типа «старт-стоп».

Этот опыт повлиял на мое сегодняшнее видение компонентов управления движением. В полупроводниковом оборудовании обычно нельзя исправить посредственную платформу с помощью сложного программного обеспечения. Механическая основа либо выдерживает нагрузку, либо нет. Вот что я обнаружил, используя прецизионные линейные платформы PSG на нескольких станках, от станций автоматического оптического контроля пластин до лазерных разметочных инструментов.

Что действительно важно в Fab Motion

Забудьте на мгновение о спорах по поводу технических характеристик. Большинство полупроводниковых приложений, с которыми я работаю, предъявляют три основных требования:

• Повторяемость результатов на протяжении всей смены, а не только 10-минутного теста. Этапы контроля пластин должны попадать в ту же точку фокусировки на 10 000-м цикле, что и на 10-м цикле. С шариковинтовыми направляющими PSG мы обычно наблюдаем дрейф менее ±2 мкм при наших проверках на месте, при условии правильного крепления. Шлифованные винты и предварительно затянутые гайки выполняют свою работу.

• Вибрация, которая не повреждает оптику. В одном из инструментов AOI мы отслеживали размытие изображения на определенных скоростях до резонансного пика от основания платформы. Переход на платформу PSG с более жестким профилем и более плотной предварительной нагрузкой направляющих устранил проблему без необходимости замедления сканирования. Именно тогда я начал уделять больше внимания жесткости поперечного сечения, а не только параметрам перемещения.

• Спокойствие в чистой комнате. Я не хочу беспокоиться о выделении газов или попадании смазки на пластину. Стандартные варианты смазки PSG совместимы с нашими зонами ISO 6 без каких-либо модификаций, что избавляет от необходимости согласовывать все с отделом эксплуатации.

Где я разместил этапы ПСЖ (и почему)

• Контроль качества пластин / метрология : Ключевым моментом здесь является плавное, без рывков движение при низких скоростях сканирования. Шариковинтовая платформа иногда может демонстрировать едва заметную рябь, если винт недостаточно качественный, но шлифованные винтовые узлы PSG обеспечивают нам чистые профили даже при скоростях менее миллиметра/с. Для пошагового выравнивания время стабилизации платформы предсказуемо, что делает наши системы машинного зрения надежными.

• Склеивание кристаллов и установка компонентов : скорость имеет значение, но я на собственном опыте убедился, что погоня за высокими показателями ускорения без достаточной жесткости рамы лишь переносит проблему оседания на другое место. Платформы PSG с прочным алюминиевым основанием надежно удерживают полезную нагрузку, обеспечивая более четкие движения без риска повреждения портала.

• Лазерная резка/маркировка : синхронизация с гальванометром имеет решающее значение. Любые случайные колебания положения платформы приводят к изменению ширины пропила. Использование платформы с шариковинтовой передачей и прямым приводом вместо ременной передачи устранило периодический дрейф, который мы наблюдали в теплые дни, просто потому, что жесткость винта меняется с температурой не так сильно, как жесткость натянутого ремня.

• Испытательные стенды : Эти машины работают буквально миллионы циклов. После оценки образцов мы выбрали модули PSG, потому что комбинация направляющей и винта дольше удерживала предварительную нагрузку, что замедлило неизбежное увеличение люфта, связанного с износом. Техническое обслуживание теперь в основном сводится к повторной смазке, а не к экстренной замене винта.

Шариковинтовая передача против линейного двигателя – когда побеждает классика.

Меня часто спрашивают, почему мы не используем линейные двигатели повсюду. Для сверхскоростного сканирования с малой нагрузкой они отлично подходят. Но многие наши станции имеют тяжелую ось Z или многокилограммовый патрон, и нам нужна удерживающая сила при выключении питания и сопротивление обратному вращению во время аварийных остановок. Шариковый винт обеспечивает это естественным образом. Винтовые приводы PSG также обладают самоблокирующейся характеристикой в ​​состоянии покоя, что упрощает проектирование вертикальной оси. У них ниже максимальная скорость? Да. Но в 80% моих применений повторяемость и вибрация под нагрузкой важнее скорости, и винтовой привод выигрывает по обоим параметрам.

Уроки, извлеченные из этапов отбора и интеграции.

Если вы собираетесь выбрать этап для полупроводникового оборудования, вот что я бы посоветовал, основываясь на ошибках, которые я допускал:

• Нагрузка превышает массу полезной нагрузки. Рассчитайте момент, создаваемый вашим приспособлением и пластиной, особенно если платформа установлена ​​вертикально. Нагрузка в 3 кг с кронштейном со смещением 150 мм превращается в серьезный момент, который сокращает срок службы платформы. В технических характеристиках платформ PSG указаны хорошие данные о моментной нагрузке — используйте их.

• Не стоит гнаться за наименьшим разрешением энкодера. Повторяемость часто больше зависит от механической жесткости и плоскостности крепления. Я бы предпочел жесткий шариковинтовой механизм с энкодером 1 мкм, чем менее жесткую конструкцию с энкодером 0,01 мкм, которая работает только на метрологическом граните.

• Условия окружающей среды могут незаметно повлиять на ситуацию. Даже в помещении с контролируемой температурой локальный нагрев от двигателя может деформировать длинноходную платформу, если она неправильно установлена. Мы начали использовать короткий цикл прогрева по утрам для стабилизации платформы перед началом производства, особенно для модулей с ходом 400 мм.

• По поводу индивидуальной настройки следует обращаться заранее. Стандартные ходы не подходили к нашей новой компоновке портала, и компания PSG была готова изготовить платформу нестандартной длины без абсурдной платы за разработку. Использование винтов того же класса прочности и предварительной нагрузки направляющих в нестандартной раме позволило нам избежать масштабной перепроектировки.

Итог

На данном этапе я рассматриваю линейный механизм как часть измерительного контура, а не просто как транспортировочное устройство. Хорошо сконструированный шариковинтовой механизм, подобный тому, что использует PSG, значительно упрощает работу: меньше необъяснимых ошибок, более простая настройка сервопривода и предсказуемое поведение на протяжении тысяч циклов. Если вашему полупроводниковому оборудованию требуется повторяемое движение с низкой вибрацией, и вы можете смириться с умеренной максимальной скоростью, то такой механизм — один из самых надежных вариантов, которые я знаю.

В конце концов, лучшая система управления движением — это та, о которой вы забываете, потому что она просто работает.