压电陶瓷驱动控制器制造技术

本发明专利技术公开了一种压电陶瓷驱动控制器，属于固晶设备技术领域，所述压电陶瓷驱动控制器用于驱动固晶设备的刺晶机构，压电陶瓷包括X轴压电陶瓷和Y轴压电陶瓷，压电陶瓷驱动控制器包括工控机和控制电路，控制电路内部设有DDS电路，DDS电路将数字信号转化为模拟信号，分X和Y两路，分别输出至X轴压电陶瓷和Y轴压电陶瓷。不同于传统的压电陶瓷驱动器，本发明专利技术通过前馈控制器对压电陶瓷驱动电压进行整形，改变压电陶瓷的动力学特性，实现对机械结构振颤的抑制；本发明专利技术通过贝塞尔模型，将离散的电压值扩充为高阶可导的连续曲线，实现压电陶瓷受力的平滑过渡。本发明专利技术能够抑制固晶设备刺晶机构振颤，实现刺晶机构的高速、高精度运行。高精度运行。高精度运行。

【技术实现步骤摘要】
压电陶瓷驱动控制器


[0001]本专利技术涉及固晶设备
，特别是指一种压电陶瓷驱动控制器，以用于驱动固晶设备刺晶机构进行高速、高精度位移。

技术介绍

[0002]我国在半导体制造领域长期受到国外限制，先进的集成电路加工制造技术还存在理论和技术问题亟需解决，其中，封装工艺是半导体产品生产制造的重要环节之一，其主要目的是为晶片提供必要的机械支撑和电信号互联线路，固晶是封装流程的核心工序，其目的是将晶片固定到指定位置，为后续焊接等工作提供必要条件。
[0003]固晶工序主要由固晶机/设备完成，转移晶片的工作可以使用吸嘴完成，也可以使用刺晶的方式完成，与基于吸嘴结构设计的固晶设备相比，基于刺晶机构的固晶设备具有成本低、机件运动路径短、工作效率高的优点。在半导体、光电显示等刺晶领域中，基于压电陶瓷的固晶设备，其工作原理是电源控制压电陶瓷形变，压电陶瓷的形变经过杠杆、铰链等机构放大，控制刺晶机构运动。固晶设备的刺晶机构可看作一种柔性机械臂，机械结构在大范围运行中，会叠加有高频振颤，极大影响了固晶设备的定位精度。刺晶机构围绕初始位置振动，直接影响了下一个周期的定位精度，当振动幅值过大，刺晶机构会压坏晶片，此外，在高频振动下，晶片会被抖落，次品率上升。
[0004]压电陶瓷的运行工况与其两端的电压密切相关，优化压电陶瓷驱动电源的性能对提升固晶设备定位精度有重要作用。现有技术中，压电陶瓷的驱动电源多采用线性电源结构。从硬件结构上对电源的优化多为集成化和模块化，以减小电源体积为目的；从控制算法上对电源的优化多数考虑的是压电陶瓷的蠕变和迟滞特性，以快速定位为目的，以上优化工作并不能有效抑制刺晶机构的振颤。此外，由于压电陶瓷的位移和其两端电压成近似线性关系，电压曲线的二次导数和压电陶瓷两端的力成近似线性关系，现有技术中，多考虑电压波形的连续、平滑地变化，并不能保证压电陶瓷两端受力的平滑过渡，由此可能对压电陶瓷带来冲击，缩短其使用寿命。

技术实现思路

[0005]本专利技术要解决的技术问题是提供一种能够抑制固晶设备刺晶机构振颤，实现刺晶机构高速、高精度运行的压电陶瓷驱动控制器。
[0006]为解决上述技术问题，本专利技术提供技术方案如下：
[0007]一种压电陶瓷驱动控制器，用于驱动固晶设备的刺晶机构，所述压电陶瓷包括X轴压电陶瓷和Y轴压电陶瓷，所述压电陶瓷驱动控制器包括工控机和控制电路，其中：
[0008]所述工控机的输出端连接所述控制电路的输入端，实现控制信号的传输；
[0009]所述控制电路将接收的控制信号进行处理，产生数字控制信号；所述控制电路内部设有DDS电路，所述DDS电路将数字信号转化为模拟信号，分X和Y两路，分别输出至所述X轴压电陶瓷和Y轴压电陶瓷；
[0010]对于所述X轴压电陶瓷和Y轴压电陶瓷，所述工控机根据各轴压电陶瓷的形变和所加电压的对应关系，得到用于控制各轴压电陶瓷的理想电压曲线，并将该理想电压曲线上的有限的电压参考点传递给所述控制电路，所述控制电路通过贝塞尔模型将离散的电压参考点拟合为高阶可导的电压曲线，用作为各轴压电陶瓷的控制电压曲线；所述控制电路内还设有X轴前馈控制器和Y轴前馈控制器，对各轴压电陶瓷的控制电压曲线进行整形，所述X轴前馈控制器和Y轴前馈控制器均由若干个正弦函数构成，这些正弦函数的幅值和相位可根据各轴压电陶瓷的实际运行状况调节，然后与各轴压电陶瓷的控制电压曲线相加，共同构成用于驱动各轴压电陶瓷的控制电压曲线。
[0011]进一步的，所述工控机和控制电路之间设有通讯电路。
[0012]进一步的，所述控制电路的输出端设有隔离保护电路。
[0013]进一步的，所述DDS电路包括D/A转换芯片。
[0014]进一步的，所述隔离保护电路包括光
‑
耦隔离芯片。
[0015]进一步的，所述隔离保护电路和X轴压电陶瓷之间设有X轴电压闭环控制电路、X轴功率放大电路和X轴电压信号采集调理电路，X轴的电压波形经过所述X轴功率放大电路之后，驱动所述X轴压电陶瓷形变，进而控制刺晶机构在X轴方向运行；所述X轴电压信号采集调理电路采集所述X轴压电陶瓷两端的电压，与所述控制电路输出的X轴电压波形比较，形成所述X轴压电陶瓷的电压闭环控制。
[0016]进一步的，所述X轴电压闭环控制电路包括运算放大器；
[0017]所述X轴功率放大电路包括两个MOSFET管，该两个MOSFET管组成推挽电路，其输出连接到所述X轴压电陶瓷；
[0018]所述X轴电压信号采集调理电路包括分压电阻和运算放大器。
[0019]进一步的，所述隔离保护电路和Y轴压电陶瓷之间设有Y轴电压闭环控制电路、Y轴功率放大电路和Y轴电压信号采集调理电路，Y轴的电压波形经过所述Y轴功率放大电路之后，驱动所述Y轴压电陶瓷形变，进而控制刺晶机构在Y轴方向运行；所述Y轴电压信号采集调理电路采集所述Y轴压电陶瓷两端的电压，与所述控制电路输出的Y轴电压波形比较，形成所述Y轴压电陶瓷的电压闭环控制。
[0020]进一步的，所述Y轴电压闭环控制电路包括运算放大器；
[0021]所述Y轴功率放大电路包括两个MOSFET管，该两个MOSFET管组成推挽电路，其输出连接到所述Y轴压电陶瓷；
[0022]所述Y轴电压信号采集调理电路包括分压电阻和运算放大器。
[0023]进一步的，所述控制电路通过贝塞尔模型将离散的电压参考点拟合为高阶可导的电压曲线的过程包括：
[0024]设置曲线的起点A和止点C；
[0025]合理选取控制点B；
[0026]在线段AB和BC上分别找点D和E，连接DE，在线段DE上找点F，使各线段长度满足AD/AB＝BE/BC＝DF/DE；
[0027]将点D从A移动到B，点F的轨迹即为所求。
[0028]本专利技术具有以下有益效果：
[0029]本专利技术的压电陶瓷驱动控制器，能够抑制固晶设备刺晶机构振颤，实现刺晶机构
的高速、高精度运行。不同于传统的压电陶瓷驱动器，本专利技术通过前馈控制器对压电陶瓷驱动电压进行整形，改变压电陶瓷的动力学特性，实现对机械结构振颤的抑制；本专利技术通过贝塞尔模型，将离散的电压值扩充为高阶可导的连续曲线，实现压电陶瓷受力的平滑过渡。
附图说明
[0030]图1为本专利技术的压电陶瓷驱动控制器的电路连接示意图；
[0031]图2为图1所示压电陶瓷驱动控制器的控制系统运行框图；
[0032]图3为图1所示压电陶瓷驱动控制器中贝塞尔曲线的生成过程示意图；
[0033]图4为图1所示压电陶瓷驱动控制器中贝塞尔曲线的生成步骤示意图；
[0034]图5为现有技术常规驱动方式作用下固晶设备的运行情况图；
[0035]图6为本专利技术作用下固晶设备的运行情况图。
具体实施方式
[0036]为使本专利技术要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。
[0037]本专利技术从本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种压电陶瓷驱动控制器，用于驱动固晶设备的刺晶机构，所述压电陶瓷包括X轴压电陶瓷和Y轴压电陶瓷，其特征在于，所述压电陶瓷驱动控制器包括工控机和控制电路，其中：所述工控机的输出端连接所述控制电路的输入端，实现控制信号的传输；所述控制电路将接收的控制信号进行处理，产生数字控制信号；所述控制电路内部设有DDS电路，所述DDS电路将数字信号转化为模拟信号，分X和Y两路，分别输出至所述X轴压电陶瓷和Y轴压电陶瓷；对于所述X轴压电陶瓷和Y轴压电陶瓷，所述工控机根据各轴压电陶瓷的形变和所加电压的对应关系，得到用于控制各轴压电陶瓷的理想电压曲线，并将该理想电压曲线上的有限的电压参考点传递给所述控制电路，所述控制电路通过贝塞尔模型将离散的电压参考点拟合为高阶可导的电压曲线，用作为各轴压电陶瓷的控制电压曲线；所述控制电路内还设有X轴前馈控制器和Y轴前馈控制器，对各轴压电陶瓷的控制电压曲线进行整形，所述X轴前馈控制器和Y轴前馈控制器均由若干个正弦函数构成，这些正弦函数的幅值和相位可根据各轴压电陶瓷的实际运行状况调节，然后与各轴压电陶瓷的控制电压曲线相加，共同构成用于驱动各轴压电陶瓷的控制电压曲线。2.根据权利要求1所述的压电陶瓷驱动控制器，其特征在于，所述工控机和控制电路之间设有通讯电路。3.根据权利要求1所述的压电陶瓷驱动控制器，其特征在于，所述控制电路的输出端设有隔离保护电路。4.根据权利要求1所述的压电陶瓷驱动控制器，其特征在于，所述DDS电路包括D/A转换芯片。5.根据权利要求3所述的压电陶瓷驱动控制器，其特征在于，所述隔离保护电路包括光
‑
耦隔离芯片。6.根据权利要求3所述的压电陶瓷驱动控制器，其特征在于，所述隔离保护电路和X轴压电陶瓷之间设有X轴电压闭环控制电路、X轴功率放大电路和X轴电压信号采集调理电路，...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘炳辉，赵志慧，张淑兰，
申请(专利权)人：北京派和科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：