Equipment for Electronic Produacts Manufacturing
EPE
电子工业专用设备
专题报道
按照塑性加工原理要
求
精磨进给系统低速为
５
ｍ／ｍｉｎ
中国电子科技集团公司第四十五研究所
摘 要关键词传动定位刚度
在线检测仪
中国分类号
１００４－４５０７（２００６）０４－００３１－０４
Accuracy Design For Grinding Wheel Vertical Movement
LIU Bin
(The 45th Institute of CETC, Beijing East Yanjiao, 101601, China)
Abstract:
According to mechanical design and electric design, this paper discusses the design for the grinding wheel vertical movement of wafer grinder. Especially put forward the achieved approach and key method to locating accuracy of the grinding wheel vertical movement.
Keywords:
Ball Screws; Linear guider; Transmission locating rigidity; Locating errors; Closed loop servo-control; Online detector
收稿日期
１
９
６７
－
长期从事半导体材料及其他硬脆材料切割
并从事技术管理工作
尽可能实现高速返回速度方案
高精度光栅测长仪或激光测长仪
ｍ
如进给移动部件重量较大
电
子工业专用设备
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设备制造与研究
进给移动部件重量往往不大
于几十
千克
对晶片最终厚
度精度控制达到
因此必须从机械设计和电气控制设计两
个主要方面
２ 机械设计［１，２］
针对晶片减薄机磨轮进给系统移动部件重量较大
因此
但是由于机械设计中
进行机
械系统精度设计
其中目标速度
要求V ｍａｘ
＝
５０
ｍｍ／ｍｉｎ
选取减速器减速比i ＝
１／１６４．８
P ｈ
圆整到P ｈ
＝
２
ｍｍ
ｍ／ｍｉｎ调速比范
围为１０
０００
因此磨头最低速度为Ｖｍｉｎ
＝
５
并且实际选取的伺服电机在规格
型号中最小实际功率为只有０．２５
ｋＷ，已经满足了传
动时所需的５０
Ｗ计算功率要求，因此在伺服电机工
作在０．０４
ｒ／ｍｉｎ低速条件下，电机运转是平稳的
ｍ／ｍｉｎ的进给要求
所选用的滚珠丝杠副螺纹底槽直径
d r
＝
３０．６
ｍｍ
ｔＬａ１０
－６
取
Ｌａ
＝
１２０
ｍｍ
ｍ
ｍ２．３ 伺服电机惯量匹配外加载荷产生的摩擦力矩
＝０．９
滚珠丝杠副预
加载荷
Ｆｐ产生的预紧力矩Ｔｐ为
m 为移动部件重量
n m 为驱动电机转速
取Ｖｍａｘ ＝ ０．０５ ｍ／ｍｉｎ
Ｊｃ
＝ ９．５
１０－５ ｋｇ．
ｍ
２
可忽略不计
最大加
速转矩
为
支承丝杠的轴承座轴向刚度
联轴器刚度
其中k s 占传动
刚度的１／２
所以
k b 为滚珠丝杠
支承轴承的轴向刚度
２．４．１ 滚珠丝杠副的轴向刚度［２］
Ｆｔ
＝
１．９５
１－
n m
T am ＝ J ．
２
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EPE电子工业专用设备设备制造与研究
一
端自由形式
故
当
L２
＝
１９０ ｍｍ
时ｍ
因此ｍ
同理螺母靠近行程起点处刚度最大
ｍ
取
ｍ＝ ６１５．２ Ｎ／
ｍ
即ｋ
ｍａｘ
＝
３ ６５
Ｎ／
＝ ２Ｆ０／k
ｍｉｎ
，定位
误差主要取决于滚珠丝杠副的精度k
１．６Ｆ
０
／
反向差值
取Ｆ０ ＝
２４０ ｋ
ｇｍ
时
k＝ ２．０６
k
＝ ２．０６
这种误差仅为０．０３
滚珠丝杠精度选取
指标
为
０．８k）
ｅｐ为有效行程内平均行程变动量
除去晶片磨削中
的平行度因素
１．５
１５０ ｍｍ晶片，
减薄
工艺的目标厚度值设计为小于０．３ ｍｍ时
为了提高磨削效率，磨轮进给系
统的工作原点总是设计为距承片台２ ｍｍ以上位置
处因些
对丝杠副精度要求主要是V２
弧度内行程变动
量
从目前滚珠丝杠副的最高商业经济精度来看，产品
精度指标为
V
２
４
３１５ ｍｍ）
但现实设
计中要实现
所以设计中反馈检测的位置点只能对磨削中的晶片
厚度变化量进行实时检测
高分辨率的位置检测装置和复杂的控制算
法１．５
检测装
置的分辨率精度必须小于０．１
比较
仪原理可以是电感
式
的或电容式的
往往在１ ｍｍ范围内具有较好的线性
度和精度
１０２
２
２
c
1
d
kｓｍｉｎ ＝ １．６５
ｍ
２
２
c
d
ｋ
ｃ
＝
ｋ
ｃ
k
＝ Ｆ
０
（ － ）
1
ｓｍｉｎ
1
ｍａｘ
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事实上注意到减薄机工作过程中的最大特点，即极慢速进给速度这一特点ｍ／ｍｉｎｍ／ｍｉｎ是否可采用半闭环控制系统，通过高
精度的在线检测来达到位置精度控制要求有限位开
关控制与脉冲计数方式控制两种控制类型
影响定位精度的因素包含
停止时间
控制位置传感器
但在本设计中
蠕变速度
在这种方式中
使电机的旋转量和指令脉冲数相同，并使偏差计数器在最后
Ｌ
０
３．１
控制系统硬件设计电气控制方案
速度检测和电机磁极位置的检测功能
电气设计中
从而减少了逻辑控制器判断并发出停止命令
的时
间延迟环节
输出信号为ＤＣ２４
Ｖ电平并可直接
驱动继电器动作
由于该端口时间延迟可
在１
设计中按照伺服电机控制器最大延时２１８
ｍｓ和在线检测仪输出延时１０
ｍｓ
计算此时精磨磨头进给速度只有５ｍ根据伺服电机控
制器的偏差计数器将输出滞留脉冲后才进入锁定状
态
滞留脉冲引起的超磨量按粗磨轮进给系统进行估算
速度一般采用５０
控制器
定位环偏差计数器输入脉冲
由于采用的
伺服电机控制器指令脉冲最大频率为５００
ｋＨｚ
Ｌ０ ＝ Ｐｈ／Ｐｈ
暂不考虑减速器输
出端ｍ）
２１６
Ｃｍｘ
ＣＤＶ
Ｃｍｘ
ＣＤＶ
ＣｍｘＣＤＶ１３１０７２２５０
＝（下转第５０页）
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新技术研究
ｍ的要求
同样由n
＝
Ｖ／Ｐｈｉ
求得
F
c １ ＝
４．１２
最低速进给条件下
由磨轮轴进给控制系统的时
间滞后产生的最大过磨量和控制系统滞留脉冲产出的过磨量的总和约为
０．０５
那么整个控制系统的定位精度主要由在线检
测仪的测试精度所决定在线检
测仪属于电感式比较测试仪，采用
２个探头的高度差
来检测晶片动态磨削厚度
ｍ以下，但检测高度差限制在１
０００
同时并具有较高的经济性
如果要进一步控制晶片磨削中的厚度误差精
度
测
试仪的测试精度如果每提高０．５
这就为我们进给系统
精度控制的经济性奠定了依据
对磨轮进给系统
丝杠副传动摩擦力作用等等
那么
在静态特性
方面
同样
按照经典的系统临界速度分析
而进
给系统不论是粗磨进给还是精磨进给所采用的最低速
度已经小于出现爬行的临界速度
而磨轮进给系统设计为垂
直方式安装结构按照控制理论型系
统
更重要的措施是改善导轨和丝杠的受力状况
参考文献
精机产品样本［Ｚ］．ＣＡＴ３１５９ａＣＮ
Ｂ３７９．
［３］三菱电机
何将三
国防科技大学出版社
＝ ＝１８０k
p
F c1
（上接第３４页）
磨轮进给系统精度设计
作者：柳滨， LIU Bin
作者单位：中国电子科技集团公司第四十五研究所,北京,东燕部,101601刊名：
电子工业专用设备
英文刊名：EQUIPMENT FOR ELECTRONIC PRODUCTS MANUFACTURING
年，卷(期)：2006,35(4)
参考文献(4条)
1.刘政华;何将三;龙佑喜机械电子学 1999
2.三菱电机工控产品培训教材-AC伺服教程
3.日本精工株式会社精机产品样本 2003
4.南京工艺装备制造厂滚动功能部件产品综合样本
本文链接：https://www.doczj.com/doc/3f17529788.html,/Periodical_dzgyzysb200604009.aspx