晶圆级倒装装备运动平台的鲁棒控制与模糊细调

发布时间：2020-09-10 12:11

　　随着倒装封装器件向微小化、高密度化、标准化和模组化的方向发展,这对晶圆级倒装装备运动平台的动态响应、稳定性和定位精度提出了更高的要求。高速高精度的精密运动平台具有典型的模型不确定性和扰动不确定性,传统的PID控制方法比较难获得满意的性能,而鲁棒控制算法就是针对被控系统存在的不确定性和扰动来进行定量设计,可以解决系统的动态响应和稳定性问题。采用前馈控制可以提高系统的响应速度,并运用模糊控制算法对前馈控制器的速度前馈和加速度前馈的参数进行模糊细调,从而寻找最优的前馈控制参数,优化运动平台的定位精度。设计出一套应用在晶圆级倒装装备运动平台上的控制算法,来提高半导体芯片的焊接质量。主要研究内容包括:1.通过调研晶圆级倒装装备及控制策略的国内外研究现状,分析晶圆级倒装装备的工作流程,然后针对直线运动平台定位精度对设备的稳定性和封装器件的一致性问题影响因素,深入研究晶圆级倒装装备中高速精密运动平台的控制策略,先采用PID控制器对被控对象进行调试,分析运动平台的运动性能,并提出解决其定位精度的方法;2.通过对电机、运动平台和被控系统进行机理建模,得到被控系统的理论模型。再通过实验建模的方式对被控系统进行正弦扫频,将正弦扫频过程中的输入输出数据进行傅里叶变换得到被控系统的幅频曲线和相频曲线,再通过系统辨识得到被控系统的标称数学模型。3.根据被控系统的数学模型进行鲁棒控制器设计,先确定模型存在的不确定性,然后确定加权函数的选择方法,最后运用H∞控制混合灵敏度方法设计得出鲁棒控制器,并在MATLAB的Simulink模块进行仿真分析,验证鲁棒控制器的动态响应品质和抗干扰的稳定性。4.为确保直线电机运动平台实现高精度定位,并提高运动平台的动态响应速度,在控制系统里引入前馈控制器,并且采用模糊控制来细调前馈控制器的参数,从而保证直线电机运动平台在运动过程中始终保持良好的运动性能,提高运动平台的定位精度。
【学位单位】：广东工业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TN405
【部分图文】：

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广东工业大学硕士学位论文第二章晶圆级倒装装备工作流程及控制系统晶圆级倒装装备是一款应用于 IC 半导体材料封装且无需引线键合的先进封备，本章首先对晶圆级倒装装备的各个功能模块的组成和作用以及工作流程进详细的描述，并且简单介绍了晶圆级倒装装备的运控系统的硬件组成和运动控统的结构组成。.1 晶圆级倒装装备工作流程介绍本文实验调试所用的晶圆级倒装装备为实验室自主开发的晶圆级倒装装备，如图 2-1 所示。

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工控机运控卡驱动器直线电机光栅尺模拟量电流数字量通讯负载图 2-3 运动控制系统结构图Fig. 2-3 The block diagram of control systems.2.2 运动控制卡运动控制卡是安装在工控机上的 PCI 或 PCIe 卡槽上的一种上位机控制单位机控制单元的主要核心是由高速 DSP 以及 FPGA 芯片组成，并且通过发送量或脉冲量指令来实现同时对多个轴进行协调控制。晶圆级倒装装备控制系位机采用的是由固高科技（深圳）最新研发的 GHN 系列运动控制卡，如图示。

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或者定位精度要求不高的场合，PID 控制算法便成为工程应用的。PID 控制器的核心在于采用负反馈控制器，将系统测量出实际的位置信号划的位置信号进行求差，将得到的位置误差输入到 PID 控制器，位置误差就渐被消除。在 PID 控制器中，比例环节 P 是调节控制系统的动态响应，直接动态过程中的跟踪误差，但 Kp 越大，容易产生振荡；积分环节 I 是用来消统的稳态误差，但 KI越大，会减慢响应速度，增大系统超调量；微分环节产生超前控制作用，改善控制系统的动态性能；对输入信号的噪声很敏感，大，容易引起高频振动。本论文选用的被控对象为晶圆级倒装装备中基板工作台的 X 方向直线电WHX），如图 2-5 所示。其设计的最大加减速度为 1g，最大速度为 1m/s，光的定位精度为 0.1μm，其运动时动态性能要求是最大动态误差小于 50μm，稳态要求是 10ms 内整定到 3μm 误差带内。

【参考文献】