面向高密度封装的解耦并联调平机构控制系统设计与实现

摘要

随着IC芯片单位面积凸点数目的急剧增加，对封装工艺中芯片拾取、转移过程定位精度、一致性等提出了更高要求；特别在高密度封装中，芯片与基板精确平行对位所要求的芯片调平功能实现难度较高。本文以高密度倒装键合设备贴片装置的解耦并联调平机构为对象，研究其基于音圈电机驱动下的控制系统设计、运动学建模和控制策略等方面，旨在提高解耦并联调平机构的控制精度。主要研究内容如下：
　　1、分析了解耦并联调平机构面向实际高密度封装工况对控制系统的设计需求，完成了控制系统设计和关键部件选型。
　　2、提出了解耦并联调平机构的运动学模型，并基于Adams软件进行了仿真分析。详细解算了简化的解耦并联调平机构运动学模型包括位置、速度和加速度的数学关系，Adams软件仿真结果表明：所提解耦并联调平机构运动学模型有效，可用于控制策略的分析和设计。
　　3、提出了一种基于解耦并联调平机构运动学模型的复合控制器，用于改善解耦并联调平机构的运动控制性能。基于Adams和Matlab的联合仿真显示：复合控制器与常规的PID控制器相比，不仅大幅降低了系统的超调量，缩短了系统的稳定时间，并在一定程度上减少了系统的跟随误差。
　　4、通过高密度倒装键合设备对所设计的解耦并联机构控制系统和控制策略进行了实验研究，进一步验证了所设计的控制系统和复合控制器的有效性。实验结果表明：对于解耦并联调平机构的位置控制系统要求，所提出的复合控制器表现出了与仿真一致的优越性能，提高了系统的控制效果。
　　5、最终调平精度测量结果表明：所提出的复合控制器有效的提高了解耦并联调平机构的控制精度，满足调平机构?0.01?调平精度要求。
　　本文研究理论与成果已经成功应用于高密度倒装键合设备中，控制效果良好。所实现的解耦并联调平机构控制系统可以推广到半导体封装领域中其他需要高精定位的工况，具有较好应用前景。

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1 绪论

1.1 课题来源

1.2 课题背景、目的及意义

1.3 国内外研究现状

1.4本文主要研究内容

2 解耦并联调平机构控制系统设计

2.1 高密度倒装键合设备介绍

2.2 解耦并联调平机构驱动形式和执行器分析

2.3 解耦并联调平机构控制系统设计

2.4 本章小结

3 解耦并联调平机构运动学建模与仿真

3.1 解耦并联调平机构运动学分析

3.2 基于Adams解耦并联调平机构运动学验证

3.3 本章小结

4 解耦并联调平机构控制器设计与仿真

4.1 音圈电机的数学模型

4.2 解耦并联调平机构的位置环控制器设计

4.3 基于运动学模型的复合控制器设计与仿真

4.4 本章小结

5 解耦并联调平机构控制系统实验验证

5.1 高密度倒装键合实验平台简介

5.2 复合控制算法的实验与分析

5.3 基于复合控制器调平机构的精度实验

5.4 本章小结

6 总结与展望

6.1 全文总结

6.2 展望未来

致谢

参考文献

附录1 攻读学位期间取得成果目录