芯片鍵合高速精密定位系統(tǒng)設(shè)計(jì)與控制.pdf

1、高速精密定位系統(tǒng)是芯片引線鍵合設(shè)備的關(guān)鍵部件之一,其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與控制-方法研究具有重要學(xué)術(shù)和應(yīng)用價(jià)值。本文以提高芯片鍵合效率和質(zhì)量為目的,系統(tǒng)地研究了兩自由度高速精密定位平臺(tái)、超聲換能器和鍵合頭的結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)理論,運(yùn)動(dòng)控制策略和樣機(jī)建造技術(shù),取得了如下創(chuàng)造性成果:
　　 □提出了基于機(jī)電聯(lián)合仿真技術(shù)的高速精密定位系統(tǒng)動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)方法。通過(guò)在ANSYS、MSC.ADAMS和MATLAB/SIMULINK軟件環(huán)境下構(gòu)建定位系統(tǒng)的剛?cè)狁詈蠙C(jī)

2、械實(shí)體模型和控制系統(tǒng)模型,實(shí)現(xiàn)了對(duì)XY定位平臺(tái)的機(jī)械與控制系統(tǒng)的性能仿真?？疾炝祟A(yù)緊彈簧對(duì)定位平臺(tái)性能的影響,得到了預(yù)緊彈簧剛度與預(yù)載力的匹配規(guī)律,最終確定了彈簧剛度與預(yù)載力的數(shù)值。
　　 □考慮到音圈電機(jī)直驅(qū)的特點(diǎn),提出了兩自由度高速精密定位平臺(tái)控制系統(tǒng)方案。首先通過(guò)系統(tǒng)辨識(shí)的方法建立了X、Y向定位平臺(tái)控制系統(tǒng)開(kāi)環(huán)模型。在此基礎(chǔ)上,針對(duì)X向定位平臺(tái),設(shè)計(jì)了PID控制器、帶摩擦和前饋補(bǔ)償?shù)腜ID控制器、比例切換滑模變結(jié)構(gòu)控制器和

3、基于指數(shù)趨近律的滑模變結(jié)構(gòu)控制器。機(jī)電聯(lián)合仿真和實(shí)驗(yàn)測(cè)試結(jié)果表明:基于指數(shù)趨近律的滑模變結(jié)構(gòu)控制器能夠有效減小運(yùn)動(dòng)超調(diào),縮短穩(wěn)定時(shí)間,并具有很強(qiáng)的抗干擾魯棒性,非常適合于該類定位平臺(tái)的運(yùn)動(dòng)控制;實(shí)驗(yàn)和仿真結(jié)果的一致性證實(shí)了基于機(jī)電聯(lián)合仿真技術(shù)的高速精密定位系統(tǒng)動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)方法是有效和可行的。
　　 □基于機(jī)電等效電路原理、有限元分析和模塊化設(shè)計(jì)思想,發(fā)展了芯片引線鍵合用高頻超聲換能器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法。該方法可有效解決換能器高頻域模態(tài)密集

4、問(wèn)題,避免了反復(fù)的建模和計(jì)算過(guò)程。研制了工作頻率為100kHz的超聲換能器,探討了換能器超聲能量在空間域、時(shí)域和頻域的傳遞規(guī)律。阻抗分析儀和多普勒測(cè)振儀測(cè)試結(jié)果表明換能器具有良好的諧振特性,且實(shí)驗(yàn)與有限元仿真分析結(jié)果具有很好的一致性。
　　 □提出了旋轉(zhuǎn)音圈電機(jī)直驅(qū)的新型鍵合頭結(jié)構(gòu)方案,并研制了樣機(jī)。充分考慮到該鍵合頭的動(dòng)力學(xué)特性,設(shè)計(jì)了帶摩擦補(bǔ)償和陷波濾波器的三閉環(huán)PID控制器,搭建了鍵合頭運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明鍵合頭的運(yùn)