罗升横河直线电机 DD 马达平台在晶圆激光切割机的应用
摘要： 文章介绍了晶圆激光切割工艺，晶圆切割设备设备组成以及横河 DD 马达、横河直线电机组成的直线平台特点以及在激光切割设备中的应用。提出了直接驱动伺服、直线电机在该设备使用的优势，直接驱动伺服的使用在未来必将是一个发展趋势，在高精密运动控制设备上的使用会越来越广泛。
关键字： 横河 DD马达,晶圆切割，横河直线电机，高精度，重复定位精度,激光切割
The application of Yokogawa DD motor and Yokogawa linear motor on the wafer cutting machine
Abstract: The techniques of wafer cutting machine and the characteristic of Yokogawa DD motor and Yokogawa linear motor is introduced. The advantage of using direct drive motor on the wafer cutting machine is proposed. The Direct drive motor will be used on the high motion accuracy machine.
Keyword: Yokogawa DD motor, wafer cutting, Yokogawa linear motor, high accuracy, repeated positioning accuracy，laser cutting
1 激光晶圆切割工艺、设备介绍
激光切割是应用激光聚焦后产生的高功率密度能量来实现的。在计算机的控制下，通过脉冲使激光器放电，从而输出受控的重复高频率的脉冲激光，形成一定频率，一定脉宽的光束，该脉冲激光束经过光路传导及反射并通过聚焦透镜组聚焦在加工物体的表面上，形成一个个细微的、高能量密度光斑，焦斑位于待加工面附近，以瞬间高温熔化或气化被加工材料。
每一个高能量的激光脉冲瞬间就把物体表面溅射出一个细小的孔，在计算机控制下，激光加工头与被加工材料按预先绘好的图形进行连续相对运动打点，这样就会把物体加工成想要的形状。 切割时,一股与光束同轴气流由切割头喷出，将熔化或气化的材料由切口的底部吹出(注：如果吹出的气体和被切割材料产生热效反应,则此反应将提供切割所需的附加能源；气流还有冷却已切割面，减少热影响区和保证聚焦镜不受污染的作用)。与传统的板材加工方法相比,激光切割其具有高的切割质量(切口宽度窄、热影响区小、切口光洁) 、高的切割速度、高的柔性(可随意切割任意形状) 、广泛的材料适应性等优点。激光切割技术广泛应用于金属和非金属材料的加工中，可大大减少加工时间，降低加工成本，提高工件质量。
图 1 激光晶圆切割机
晶圆激光切割机（图 1） ，整个系统由控制系统、运动系统、光学系统、水冷系统、排烟和吹气保护系统等组成，采用最先进的数控模式实现多轴联动及激光不受速度影响的等能量切割，同时支持 DXP、PLT、CNC 等图形格式并强化界面图形绘制处理能力；采用横河 DD马达与直线电机组成的精密定位平台，实现在高速状态下良好的运动、重复定位精度。
图 2 切割完成的晶圆
2 横河DD马达、直线电机产品特点
晶圆切割需要极高的重复定位精度与绝对定位精度和运行定位的平稳性，因此在运动驱动中必须使用直接驱动伺服取代普通交流伺服和丝杠的构架。以下介绍在晶圆切割机运动控制中广泛使用的横河DD马达、直线电机定位平台。
图3 横河DD马达直线电机精密定位平台
DD motor 从字面上理解是直接驱动马达（direct drive）,但实际上它并非是普通的马达，而是一种结构非常复杂，高精度，高性能的特殊型交流马达。之所以称之为直接驱动，因为它采取转子和运动载体直接连接的方式，中间不再用其他的过渡连接（减速机构， 联轴器等） 。
（图4 DD 马达机械构成）
DD 马达结构为外转子形式，与内转子结构的普通马达不同，特别是其采用的向心轴承可承受一定的轴向力。其编码器为光电型编码器高解析度，一般为 500,000ppr 以上，并带有原点和限位输出。由于高水准的制成工艺保证和高精度的测量反馈，此种马达的定位精度可达秒级。（如DM1B系列的绝对精度为 15 arc-sec，重复定位精度为 1 arc-sec）。
图 5横河直线电机解剖图
横河直线电机的特点是动子、定子、导轨、基座整体提供（图 5），在能够满足精度的前提下，可以按照客户的要求进行各种平台的组合（图6），以实现高精度的运动控制。重复定位精度可以达到+/-0.1micro-meter。
图 6 横河高精密运动平台
在激光晶圆切割机上，对运动控制平台有非常的要求是对于切割台面平面度的要求，小于10micro-meter。如果不理想的平面度会造成激光在平面的焦距不一致，这样就会在有的区域切割过深，有的区域切割不完全。横河DD 马达的制作工艺（图 7）决定了平台的平面度能够达到很高的指标。
图 7 DD马达平面度研磨
在出厂时做以下内容检测（图8），可以保证马达的安装面平面度，从而保证最终激光切割平台的平面度，达到理想的切割效果。
图 8 DD马达负载安装面平面度检测
3 结论
近年来随着半导体行业的发展，对于半导体加工设备、激光加工、切割设备国内需求量迅速增多，国内的一些大的半导体加工厂家引进了国外先进设备来满足市场需求。而中国本土化的设备在技术、性能上相对国外产品有一定的差距，使得一些拥有先进技术装备的国外专业半导体设备厂商瞄准这一商机，纷纷将设备打入中国市场甚至在中国投资建厂。但为了夺回这一市场，国内半导体设备生产商也在加大研发力度向高精度、高效率领域发展。罗升
企业以引进先进技术，提升制造业水平为使命，最早将直接驱动伺服平台引进到国内半导体激光价格设备，并形成规模生产，国内厂商也在逐步应用此项技术。随着国内经济快速发展，越来越多的高新技术被应用到工业领域。罗升公司希望架起技术的桥梁，更多地将国外成熟的应用技术提供给行业中人分享
参考文献
[1] 薛福连。 直接驱动交流伺服电机.。电机技术 2006年 1 期。
作者简介:
赵琦, 男,1981-,汉族 天津罗升企业有限公司 伺服产品处
