芯片鍵合高速精密定位系統(tǒng)設(shè)計與控制.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)計與控制-方法研究具有重要學術(shù)和應(yīng)用價值。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、超聲換能器和鍵合頭的結(jié)構(gòu)動態(tài)設(shè)計理論,運動控制策略和樣機建造技術(shù),取得了如下創(chuàng)造性成果:
　　 □提出了基于機電聯(lián)合仿真技術(shù)的高速精密定位系統(tǒng)動態(tài)設(shè)計方法。通過在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

2、械實體模型和控制系統(tǒng)模型,實現(xiàn)了對XY定位平臺的機械與控制系統(tǒng)的性能仿真?？疾炝祟A緊彈簧對定位平臺性能的影響,得到了預緊彈簧剛度與預載力的匹配規(guī)律,最終確定了彈簧剛度與預載力的數(shù)值。
　　 □考慮到音圈電機直驅(qū)的特點,提出了兩自由度高速精密定位平臺控制系統(tǒng)方案。首先通過系統(tǒng)辨識的方法建立了X、Y向定位平臺控制系統(tǒng)開環(huán)模型。在此基礎(chǔ)上,針對X向定位平臺,設(shè)計了PID控制器、帶摩擦和前饋補償?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。機電聯(lián)合仿真和實驗測試結(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動超調(diào),縮短穩(wěn)定時間,并具有很強的抗干擾魯棒性,非常適合于該類定位平臺的運動控制;實驗和仿真結(jié)果的一致性證實了基于機電聯(lián)合仿真技術(shù)的高速精密定位系統(tǒng)動態(tài)設(shè)計方法是有效和可行的。
　　 □基于機電等效電路原理、有限元分析和模塊化設(shè)計思想,發(fā)展了芯片引線鍵合用高頻超聲換能器結(jié)構(gòu)設(shè)計方法。該方法可有效解決換能器高頻域模態(tài)密集

4、問題,避免了反復的建模和計算過程。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、時域和頻域的傳遞規(guī)律。阻抗分析儀和多普勒測振儀測試結(jié)果表明換能器具有良好的諧振特性,且實驗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)音圈電機直驅(qū)的新型鍵合頭結(jié)構(gòu)方案,并研制了樣機。充分考慮到該鍵合頭的動力學特性,設(shè)計了帶摩擦補償和陷波濾波器的三閉環(huán)PID控制器,搭建了鍵合頭運動控制系統(tǒng)。實驗結(jié)果表明鍵合頭的運