轉(zhuǎn)塔式測試分選機是一種主電機在中心，各個測試工位按照工序均布在主電機周圍的一種半導(dǎo)體設(shè)備，本文介紹了ISMC開發(fā)的一套轉(zhuǎn)塔式測試分選機運動控制方案，以及強大的DIMOND系列伺服驅(qū)動器。

　　1 轉(zhuǎn)塔式測試分選機介紹

　　轉(zhuǎn)塔式測試分選機是一種主電機在中心，各個測試工位按照工序均布在主電機周圍的一種測試設(shè)備，半導(dǎo)體產(chǎn)品隨著主電機每一步的旋轉(zhuǎn)被送到各個測試工位進(jìn)行加工測試，最后被送到包裝工位包裝成產(chǎn)品或者進(jìn)行分類回收。此種主轉(zhuǎn)盤在中心、各工位均布在其周圍的設(shè)計模式具有占地面積小，精度高，速度高等特點，被廣泛應(yīng)用于小型片式半導(dǎo)體分立元件后道工序生產(chǎn)中。可以完成的基本功能包括：自動快速上料，去除靜電，Mark檢測，外形檢測，電性能側(cè)測試，廢品回收，自動包裝。一些功能較多的轉(zhuǎn)塔式測試分選機由于測試系統(tǒng)安裝位置的原因，會另外設(shè)置一個副轉(zhuǎn)盤以擴大產(chǎn)品的傳送范圍(見圖1)。

圖1轉(zhuǎn)塔機工位分布示意圖

　　(圖中文字：Mark圖像檢測、副轉(zhuǎn)盤、打標(biāo)、電性能測試2、電性能測試1、旋轉(zhuǎn)、方向判別、上料、強制排出、編帶包裝、廢料回收、3D圖像檢測、旋轉(zhuǎn)2、主轉(zhuǎn)盤)

　　轉(zhuǎn)塔式測試分選機在二十世紀(jì)九十年代廣泛應(yīng)用于大型半導(dǎo)體封裝測試企業(yè)中。根據(jù)行業(yè)內(nèi)的主流研究，根據(jù)其性能和運動實現(xiàn)方式將其種類分為三種：

　　第一種轉(zhuǎn)塔式測試分選機采用轉(zhuǎn)盤整體升降的設(shè)計方式，其主旋轉(zhuǎn)運動和轉(zhuǎn)盤升降運動均采用機械和氣動混合結(jié)構(gòu)實現(xiàn)，此種設(shè)計方式成本低，控制簡單，但是生產(chǎn)效率和功能的靈活性比較差(見圖2)。

圖2 轉(zhuǎn)盤整體升降方案

　　第二種轉(zhuǎn)塔式測試分選機為獨立升降轉(zhuǎn)塔式測試分選機，主旋轉(zhuǎn)運動采用直驅(qū)電機技術(shù)，升降運動使用多軸控制技術(shù)，用伺服凸輪完成工位獨立升降。這種設(shè)計模式相比第一種提高了機器的生產(chǎn)效率，也使得其功能的靈活性較大的提高，但是此種機器控制平臺較為復(fù)雜，制造成本較高(圖3)。

圖3 伺服凸輪方案

　　第三種轉(zhuǎn)塔式測試分選機與第二種的主要區(qū)別在于升降運動軸也采用直驅(qū)電機技術(shù)，這種設(shè)計模式相比傳統(tǒng)的伺服凸輪解決方案相比生產(chǎn)效率更高，靈活性更強，更適合市場上增長最快的晶圓級封裝測試。但此種機器控制平臺更為復(fù)雜，制造成本更高。(圖4)

圖2 直驅(qū)方案

　　2 轉(zhuǎn)塔式測試分選機技術(shù)要求(這里只介紹后兩種機型)

　　(1)常規(guī)轉(zhuǎn)塔式分選機技術(shù)要求如下(伺服凸輪)：

　　l 16 - 24個工位/ 15°- 22.5°旋轉(zhuǎn)角度;

　　l 單工位轉(zhuǎn)動時間:18 - 22毫秒;

　　l 向下/向上Z軸的平均移動時間:10ms左右 / 10ms左右;

　　l 轉(zhuǎn)盤慣性:0.003 ~ 0.020 kg.m2之間;

　　l 測試時間:40 - 60毫秒;

　　l 產(chǎn)能:40 - 60 k UPH;

　　l 下壓軸重復(fù)精度: 5~10微米。

　　(2)晶圓級轉(zhuǎn)塔式分選機技術(shù)要求如下(音圈電機)：

　　l 24-32個工位/ 11.25°- 24°指數(shù);

　　l 單工位轉(zhuǎn)動時間:35-50毫秒;

　　l 上下Z軸移動時間:8ms / 8ms;

　　l 轉(zhuǎn)盤慣性:0.02~0.5 kg.m2之間;

　　l 測試時間:50 - 100ms;

　　l 產(chǎn)能:15 - 30 k UPH;

　　l 軟著陸力控。

　　3 轉(zhuǎn)塔式測試分選機ISMC解決方案

　　(1) 設(shè)備：半導(dǎo)體分選機/編帶機

　　(2) 配置：伺服驅(qū)動器Diamond+音圈電機/空心杯電機

　　(3) 工藝：PP-> PV+限制力矩->PP

　　(4) 產(chǎn)品價值：

　　l 尺寸?。褐苯影惭b到旋轉(zhuǎn)+下壓軸，節(jié)省空間、省線纜，提高可靠性;

　　l 軟著陸工藝：快速PP/PV模式切換，實現(xiàn)高精密力控，快速響應(yīng)8ms。

　　4 DIMOND系列驅(qū)動器介紹

　　ISMC開發(fā)的這款DIMOND系列驅(qū)動器的性能特點如下：

　　l 尺寸小(功率密度大)：尺寸只有73*40*35mm，額定0-750w，瞬時功率達(dá)到3kw;

　　l 帶寬高：電流環(huán)帶寬4500 Hz、速度環(huán)1500Hz;

　　l 精度高：達(dá)到0.01A高精密電流控制;

　　l EMC小：滿足醫(yī)療行業(yè)EMC標(biāo)準(zhǔn)等級;

　　l 功耗低：效率可到99%;

　　l 溫度范圍廣：常溫0C°~+50C*，低溫-40C°~+50C°， -55C°~+50C 和-70C°~+50C°;

　　l 質(zhì)量高：滿足IEC61800標(biāo)準(zhǔn)， 通過CE和ROHS認(rèn)證;

　　l 主控適配強：支持EtherCAT、CANopen、Modbus、脈沖、模擬量，支持CIA402協(xié)議，可以適配倍福、歐姆龍、ACS、科爾摩根、施耐德和國內(nèi)主流廠商等標(biāo)準(zhǔn)控制器;

　　l 電機兼容性強：同時支持旋轉(zhuǎn)伺服電機、DD馬達(dá)(力矩電機)、音圈電機、直線電機、無刷電機、有刷電機、空心杯電機、步進(jìn)電機、無框電機、減速電機等;

　　l 編碼適配廣：支持增量式、絕對值(BISS-C、SSI、Endat2.12.2、 Tamagawa、Panasonic等)、Hall編碼器、 SINCOS。

　　5 軟著陸力控介紹

　　ISMC軟著陸力控采用了三種模式的結(jié)合，在符合條件的情況下進(jìn)行三環(huán)的切換：

　　l PP位置段：快速，提高效率節(jié)省時間;

　　l PV速度端：穩(wěn)定，速度可控不過沖;

　　l PT力矩段：精準(zhǔn)，可實現(xiàn)最小1g±0.1g精確控制。

　　ISMC軟著陸力控功能介紹如圖4所示。

圖4 ISMC軟著陸力控功能

　　6 傳統(tǒng)伺服 vs 微型伺服系統(tǒng)方案對比

　　傳統(tǒng)伺服方案的線纜數(shù)包括：(4 根電源線 + 4 根動力線 + 5~13 根編碼器線 + 2 根網(wǎng)線 +2 根饋能線 +4~10 根數(shù)字信號線 +2 根模擬信號線 +2 根 STO)* ，軸數(shù)N隨著軸數(shù)增加，線纜數(shù)量變得越來越大，系統(tǒng)可靠性會逐漸降低，如圖5所示。

圖5 傳統(tǒng)伺服系統(tǒng)電氣連接圖

　　多軸微型伺服系統(tǒng)的拖鏈線包括：1 根網(wǎng)線 +1 根電源線， 無論多少軸數(shù)，電控柜和拖鏈線不變，系統(tǒng)性能和可靠性大幅提高，如圖6所示。

圖6 多軸微型伺服系統(tǒng)電氣連接圖

　　7 結(jié)語

　　ISCM堅持讓伺服驅(qū)動器更加靠近電機的理念，在運動機構(gòu)上實現(xiàn)運動控制，同時ISMC產(chǎn)品還支持電機周邊配件的控制和傳感，比如電磁閥、壓力傳感器、第二編碼器、抱閘等，一根網(wǎng)線即可實現(xiàn)所有運動控制終端部件的控制和傳感，通過提高集成性提高設(shè)備的可靠性、安全性、易用性，降低設(shè)備的系統(tǒng)總成本。

圖7 DIMOND系列驅(qū)動器