用于探针台的高精度运动平台的研究

硕士学位论文用于探针台的高精度运动平台的研究RESEARCHONHIGH-PRECISIONMOTIONPLATFORMFORPROBESTATION罗庆满哈尔滨工业大学2013年12月国内图书分类号：TP23学校代码：10213国际图书分类号：681.5密级：公开工程硕士学位论文用于探针台的高精度运动平台的研究硕士研究生：罗庆满导师：于刚副教授申请学位：工程硕士学科：机械工程所在单位：深圳研究生院答辩日期：2013年12月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TK83U.D.C:532DissertationfortheMaster’sDegreeinEngineeringRESEARCHONHIGH-PRECISIONMOTIONPLAFORMFORPROBESTATIONCandidate:QingmanLuoSupervisor:AssociateProf.GangYuAcademicDegreeAppliedfor:Master’sofEngineeringSpecialty:MechanicalEngineeringAffiliation:ShenzhenGraduateSchoolDateofDefence:December,2013Degree-Conferring-Institution:HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工程硕士学位论文I摘要集成电路(IntegratedCircuit，IC)产业决定着电子信息产业的发展前景，与此同时IC产业的发展又限制于IC制造设备行业。近年来，由于IC产业的发展较快，因此改进IC制造工艺、研发IC新的制造设备势在必行。全自动探针台主要用于对硅片的特性或者缺陷进行检测，当其与测试仪连接后，能够完成对硅片上IC及各种IC芯片的电参数测量测试及功能缺陷测试。研究高速、高精度的探针台能够有效的提高其生产效率和保证测试结果的准确性。本文对全自动探针台的国内外发展概况和研究现状进行了综合分析，并且在此基础上，有效利用企业现有技术基础，设计了一款全新的全自动探针台。首先对探针台的工作原理及流程做了详细的介绍，然后根据目前市场上探针台的性能，对探针台提出了要求具备的主要功能及主要参数的设计目标。根据功能及主要参数设计要求，对探针台的各个部分进行了功能分析，提出了设计准则；依次选择适当的驱动方式，以及紧凑的整体布局，保证各机械部分和整体系统的稳定性及安全性。在此基础上对主机部分：x-y工作平台、z工作台、面板组件等机构进行了设计及三维建模。依次对伺服控制系统的各个单元环节进行研究，为各个部分建立了模型，最后进行综合分析，完成整个探针台交流伺服系统的建模。确定所建模型的各个参数，使用matlab/simulink软件进行仿真模拟，带入参数，验证所建模型的正确性。在样机平台搭建完成后，对x、y轴定位误差做了分析，使用光栅尺形成闭环控制，利用激光干涉仪测量出各轴误差，通过分段补偿，使x、y轴的定位误差达到设计要求，完全能够满足探针台的使用。最后对全自动探针台的整体性能做了综合测试，实验证明样机基本达到了设计要求。关键词：全自动探针台；滚珠丝杠；重复定位精度哈尔滨工业大学工程硕士学位论文IIAbstractIntegratedcircuit(IntegratedCircuit,IC)isthecoreofthedevelopmentofelectronicinformationindustry,andtheICmanufacturingequipmentisthebasisofICindustry.Inrecentyears,therapiddevelopmentofICindustry,putforwardhigherrequesttoimproveR&DandmanufacturingprocessofICmanufacturingequipment.Automaticprobestationismainlyusedforthecharacteristicsordefectsonwafertesting,whenconnectedwiththetestinstrument,canautomaticallycompletethemeasurementofelectricparameterstestingandfunctiononchipintegratedcircuitandintegratedcircuitwafer.Probestationofhighspeed,highprecisionandcaneffectivelyimprovetheproductionefficiencyandensuretheaccuracyoftestresults.Basedoncomprehensiveanalysisofresearchdevelopmentofautomaticprobestationathomeandabroad,combiningtheenterpriseexistingtechnology,structureofautomaticprobestationforanewdesignof.First,workingprincipleandprocessoftheprobestationisintroducedindetail,andthenaccordingtothecurrentperformanceofprobestationmarket,putsforwardthedesigntargetfunctionrequiresandmainparameterofprobestation.Accordingtothefunctionandmainparametersofthedesignrequirements,eachpartoftheprobestationforthefunctionalanalysis,designcriterionisproposed;inordertochoosetheappropriatedrivemode,andthecompactlayout,ensurethestabilityandsafetyofallthemechanicalpartsandthewholesystem.Onthebasisofthehostpart:x-yplatform,zplatform,thepanelassembly,mechanismdesignand3Dmodeling.Theconstituentelementsoftheservosystemisanalyzed,establishthemathematicalmodelandcompletethemodeloftheentireACservosystem.Afterdeterminingtheparameters,usesimulinksimulationsoftwaretoverifythecorrectnessofthemodel.Intheprototypeplatform,x,yaxispositioningerrorisanalyzed,usinggratingtoformaclosed-loopcontrol,measuringtheaxiserrorbylaser,thesegmentedcompensation,thepositioningerrorofx,yaxistomeetthedesignrequirements,fullyabletomeettheprobestation.Finally,theperformanceofthewholeautomaticprobestationtodoacomprehensivetest,experimentprovedthattheprototypemeetsthe哈尔滨工业大学工程硕士学位论文IIIdesignrequirements.Keywords:automaticprobestation,ballscrew,repeatpositioningaccuracy哈尔滨工业大学工程硕士学位论文IV目录摘要...............................................................................................................................IABSTRACT.....................................................................................................................II目录............................................................................................................................IV第1章绪论.....................................................................................................................11.1课题背景及意义.................................................................................................11.2半导体测试行业国内外发展现状.....................................................................31.2.1国内外发展现状........................................................................................31.2.2探针台未来发展趋势...............................................................................61.3主要研究内容.....................................................................................................7第2章探针台机械系统分析及设计方案.....................................................................82.1引言.....................................................................................................................82.2探针台的工作原理及流程..................................................................................82.3探针台的总体设计方案...................................................................................102.3.1设计要求.................................................................................................102.3.2总体结构设计方案................................