焊线是加工集成电路和封装之间电子连接的基本方法。焊线被认为是最具成本效益和灵活的连接技术，它被用于组装绝大多数半导体封装。从控制的观点看，焊线是很具有挑战性的，其要求极高的加速度，短位移，和极短的稳定时间，很高的精确度，高的吞吐量。一个强大的控制平台必须具备严格的性能。本文介绍了为什么ACS运动控制方案最适合焊线设备。
图1：通用球形接合焊线设备
关于焊线
焊线机可以用金属线生产直径13um（0.5mil）的连接。连接是由高温、压力和超声能量的组合在金线的末端产生焊接。焊线机的外观与缝纫机相似。一个像面条一样的一次性的工具，我们叫它毛细管，通过这个细管生成线并最终连接到半导体表面。产生一个线连接一般分为4个阶段：
1）在位置控制模式下将焊接珠放在垫上（半导体表面）
2）检测焊机珠和垫之间的连接，在第一个连接形成的过程中平滑切换到力矩控制模式
3）一旦连接完成，平滑转换到位置控制模式，执行一个坐标xyz的运动到第二个连接位置
4）为形成第二个连接平滑转换到力矩控制模式。
焊线机是一个包括xy平台和被加到xy平台上的连接头（z轴）的三轴系统。Z轴组装包括一个分辨率0.1um到0.2um的音圈，为了快速力响应，音圈由一个高带宽放大器（典型线性）供电。性能要求包括，针对线夹紧的高响应，连接精度好于2um。Xy平台由带分辨率50-200nm的反馈并由高功率PWM放大器驱动的线性三相直流无刷马达或者音圈 组成。Xy性能要求包括+-1um的高位置精确度。
技术要求
焊线机的目标是最大化吞吐量。典型的焊线机可见达到20线每秒，这要求每个轴（xyz）都有快速的移动和快速的稳定，短的规划时间（几毫秒），非常快的加速度和加加速度（大于100G）没有超调的最小整定时间，在高频率时防止震动。其他要求包括坐标xyz运动，规划生成到执行的 反应时间要短，主站、控制器、驱动器直接的实时数据传输数据容量/吞吐量要高。
对于连接头的专门要求包括高电流环带宽（超过3khz）以适应线夹紧时的高速力响应高的位置带宽（高于200hz）以适应快速稳定，低碰撞力，快速链接检测，抑制力矩震动，弹力和重力补偿。
ACS解决方案
ACS使用基于EtherCAT，分布式控制的架构，这样做可以基于提供模块化，可扩展，标准化的组合创造用户解决方案。在近期的焊线应用中，ACS控制方案包括SPiiPlusSC+UDMlc+UDMba.SPiiPlusSC（软控制器）是一个最先进的，基于pc的支持64轴联动和5khz更新速率的无引脚控制器。UDMlc是低功率，少引脚，高性能，四轴驱动：可用于驱动连接头轴。额外轴有一个好处是可以被用于添加一个性能要求不苛刻的典型的开环过程（比如开关一个快门）。UDMba是一个更高功率，高性能的双轴驱动，用于驱动xy平台
方案的特点
SPiiPlusSC+UDMlc+UDMba方案 有很多标准和可选的特征，这些特征可以被改变以满足线连接过程的要求。首先SPiiPlusSC提供了主站到控制器之间最大通信吞吐量的可能性。因为主应用和SPiiPlusSC属于同一台PC，共享内存和事件，它们被用于超快速通信。与我们竞争的方案依赖于Ethernet通讯，这将造成一个力矩控制的瓶颈和极限性能能力的性能。SPiiPlusSC的另一个特点控制器循环时间低于0.2毫秒，这样可以达到更短的运动时间，减少反应时间，达到更快的控制器响应，更光滑的轨迹生成和前馈补偿。
EtherCAT®是注册商标和专利技术，由德国倍福自动化有限公司许可。
ACS研发了很多适合焊线应用的特殊算法，包括“Soft Touch”力控制，“ServoBoost”和“MotionBoost”。
“Soft Touch”力控制包含一个基于一些可选准则的快速接触探测算法；这些准则包括位置误差，驱动命令，或者模拟输入（来自力传感器）。它也包含非线性弹力补偿，重力补偿，和一个限制冲击力和抑制震动的减震机制。对于线连接而言，在检测碰撞之后，力矩按照预先定义的时序被施加（如果合适，插入图片），之后系统平滑转向位置模式。从位置模式转向力矩模式然后再回到位置模式的过程是平滑的，这个过程在50usec内完成。“ServoBoost”是一个针对高要求应用研发的伺服算法。应用“ServoBoost”可以在确保亚微米分辨率的前提下实现最大的带宽和零整定时间。“MotionBoost”是为了达到最小整定时间和最好动态性能研发的运动规划技术。特别地，它生成实时伺服更新率（20khz）的特殊设计的运动规划，可以实现非常平滑和持续时间低至100-500us的快速运动。“MotionBoost”规划生成优于2阶和3阶运动规划，因此在激烈运动时能够减少伺服电流，允许进一步增加吞吐量。“MotionBoost”也支持到3轴的坐标运动。
图 2：普通规划和 MotionBoost规划
黄色=通常规划 绿色=MotionBoost规划 红色=位置误差（通常规划） 蓝色=位置误差（MotionBoost）
结论
线连接是一项具有挑战性的应用，今天应用SPiiPlusSC+UDMlc+UDMba，ACS运动控制可以提供更高性能的解决方案。SPiiPlusSC控制器能够实现最优的吞吐量和循环时间，支持处理如此高要求的应用所需的特殊算法，而且没有引脚。UDMlc and UDMba驱动的特点是少引脚和高性能，是线连接理想的选择。在本文提到的许多acs产品和特点也可以应用于除了线连接之外的应用，包括自动IC编程器，pcb组装，FPD检测，晶圆检测，X射线和CT影像，激光退火，振镜运动，等等。另外，acs有非常专业，经验丰富的技术支持工程师帮助您解决应用中的每一个挑战；从设备设计到市场推广。
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