将所有工作台的驱动动力都集中在一个平面上，可以防止敏感工件产生不良的反作用力扭矩，并在高要求的运动应用中最大化机器性能。开云体育storegydF4y2Ba

通过gydF4y2BaMathys te WierikgydF4y2Ba首席系统工程师gydF4y2Ba

Jan Willem RidderinkhofgydF4y2Ba•研发和工程经理|gydF4y2Ba点帐面价值gydF4y2Ba

随着各行各业对精度和吞吐量的要求越来越高，高端机电运动解决方案已经激增。但这种运动平台的开发和生产通常不是原始设备制造商和最终用户的核心竞争力，因此通常外包给运动组件和系统供应商。开云体育电脑版对于半导体、医疗、光学和分析行业的原始设备制造商来说尤其如此……因为在这里，工程更专注于专业的生产流程。gydF4y2Ba

对于这些专业的工程oem和最终用户来说，一个新的选择是下一代运动平台，具有面向未来的动态操作。gydF4y2Ba

设计目标一:高多轴级吞吐率gydF4y2Ba

考虑一个应用实例——半导体晶圆检测工艺，其中一个轴的行程超过300毫米，但要求X和Y的机械精度高于1 μm。假设加速度为2gydF4y2BaggydF4y2Ba在水平面上速度达到2m /s。还要假设水平面上的振动必须保持在25纳米以下，并且舞台在洁净室中运行，地板符合VC-C振动规范。垂直方向的振动(用于将晶圆移动到光学焦点的方向)不能超过10纳米。快速加速和较短的解决时间对于获得足够的盈利能力至关重要。gydF4y2Ba

检查阶段的驱动动态在一个平面内确保电机不会对敏感系统部件造成有害的反作用力力矩。这种动力学需要调整所有运动物体的质心……以及线性轴承和电机力的位置。事实上，将所有动态保持在一个平面上也最大限度地减少了线性轴承上的平面外载荷，以获得更持久的机械组件，随着时间的推移表现出更少的不准确性。gydF4y2Ba

对于单轴系统来说，在一个平面上设计所有的动态组件相对容易。但除此之外，通常的方法是将第二个轴堆叠在第一个轴的顶部，以实现与第一个轴垂直的移动。第三个轴堆叠在第二个轴上。gydF4y2Ba

这种轴叠加的问题是，移动质量的重心(CoG)在每个轴上都是折衷的，因此在加速或减速时发生反力矩。这样的反作用力矩产生偏航、俯仰和横摇误差。gydF4y2Ba

相比之下，具有水平箱型框架的舞台，由每一侧的线性轴承支持，表现出更好的动力学。带有再循环球元件的线性轴承(当正确安装时)足够精确地支持这种阶段，即使在光学晶圆检测设备中也是如此。在这样的方框中，第二轴与第一轴共面安装。然后一个Zθ模块(用于旋转和垂直运动)集成到第二个轴。只做短行程的垂直运动，所以质心和作动大部分保持在一个平面上。这意味着移动的质量没有表现出杠杆臂行为，这反过来提高了定位精度。gydF4y2Ba

设计目标二:多轴级拓扑优化gydF4y2Ba

除了优化的宏观设计元素，晶圆检测级还必须具有高结构刚度的轻量化框架。铝框架是这里的首选-特别是当使用CAE工具进行优化时。gydF4y2Ba

考虑一个盒子形状的框架优化了良好的动力学和可制造性。恒定的材料厚度交叉成员允许成本效益和准确的制造。主要交叉构件的大c形型材最大限度地提高了整体刚度-重量值，并可作为线性轴承安装面履行双重职责。gydF4y2Ba

设计目标三:战略性地安装在多轴台上的执行器gydF4y2Ba

其次考虑了级传动的形式和布置。在这里，最好寻找最佳利用轴承刚度的选项，并最大限度地减少需要昂贵磨削公差的表面数量。某些基于无铁电机(带移动线圈)的完全优化级通过一些复杂的结构来实现这一点，但确保电机、线性轴承和编码器都安装在其c形轮廓的下部。gydF4y2Ba

设计目标四:沉降时间快gydF4y2Ba

精细半导体晶圆的高通量要求级具有可预测的频响函数。重新考虑我们的舞台结构有刚性的底板，线性轴承，和阵列加工金属交叉成员。gydF4y2Ba

线性轴承动力学使精确传递函数预测的收集复杂化。传统的基于理想赫兹接触理论的轴承刚度模型严重高估了实际轴承的刚度。这就是为什么最好将赫兹接触理论和基于组件的测试结合起来，并将实验模态分析应用于具有刚性假载荷的轴承。大量的测试表明，丰富的轴承模型比传统的理想赫兹接触理论模型更加真实。gydF4y2Ba

减少残余振动的苛刻要求需要隔振系统。特别是高加速度要求会对舞台的花岗岩底座施加很大的横向力，因此隔振系统必须处于活动状态。使用平衡质量来消除振动在这里是不可行的，因为这样的设计过于笨重。gydF4y2Ba

舞台隔振的优化需要平衡相互冲突的设计要求。坚固的设置有利于沉降时间，但柔性隔振系统可以最大限度地减少残留振动，并且在隔振系统的第一特征频率以上，地板振动对平台的传递性迅速减小。gydF4y2Ba

设计目标五:良好的热管理gydF4y2Ba

所有运动应用都需要热管理。开云体育store然而，在我们这里考虑的精密应用中，热管理对于满足严格开云体育store的精度要求是最重要的。毕竟，任何热诱导的机器尺寸变化都可能在晶圆检查中证明是灾难性的。gydF4y2Ba

刀具点的位置-在晶圆上感兴趣的位置-必须以一微米的精度知道，即使当系统运行在其最大吞吐量周期和执行器产生相当大的热量时。gydF4y2Ba

因此，这些设计阶段需要从最初的概念设计阶段开始考虑热效应——理想情况下，要有全面的热网络模型，以理解所有设计选择的热影响。精密半导体制造通常不使用液冷，因为液冷可能会将冷却剂泄漏到昂贵的有效载荷上，或者在关键的生产步骤中需要有害的停止。精密制造通常也排除冷却风扇，因为强制气流会引起级和有效载荷振动。gydF4y2Ba

相比之下，被动冷却(虽然效果有限)可以释放足够的电机热量，特别是当翅片散热器足够大时，可以防止级子组件的热膨胀。考虑具有这样的散热器的阶段，它们在结构上相互连接，但通过热障与系统的其余部分进行热隔离。这些可以在不牺牲精度的情况下增加刚度。FEA证实热障确实有助于散热……尽管需要进一步改进以充分减少热诱导的阶段变形。gydF4y2Ba

这里的一个补充选项是结构组件gydF4y2Ba不胀钢gydF4y2Ba—热膨胀系数低的镍铁合金。这种选择成本很高，而且因瓦的刚度重量比比其他材料要低。gydF4y2Ba

一个更好的选择是巧妙地放置铝弯曲，使舞台结构可以自由扩展。然后在热膨胀中心加入一些不变分量，使其中心位置不受温度变化的影响。这样就充分利用了昂贵的因瓦。gydF4y2Ba

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