ACS Motion Control
Steuerungstechnik für Wire-Bonding-Maschinen
Fortsetzung des Artikels von Teil 1
Die Systemlösung von ACS
ACS nutzt eine vernetzte Steuerungsarchitektur auf EtherCAT-Basis. In einer vor kurzem umgesetzten Wire-Bonding-Anwendung umfasste das ACS-Steuerungssystem die Komponenten »SPiiPlusSC«, »UDMlc« und »UDMba«. Die SPiiPlusSC (Soft Controller) ist eine PC-gestützte Steuerung, die bis zu 64 Achsen steuern kann und mit einer Taktrate von 5 kHz arbeitet.
Der UDMlc ist ein kompakter und leistungsstarker 4-Achs-Verstärker und dient zur Steuerung des Bond-Arbeitskopfes. Er hat eine zusätzliche vierte Achse, die sich für einfachere Aufgaben mit Open-Loop-Bewegungen eignet, etwa zum Öffnen und Schließen eines Verschlusses. Der UDMba ist ein hochperformanter 2-Achs-Verstärker und treibt die Kreuztischachsen an.
Die Konfiguration SPiiPlusSC + UDMlc + UDMba bietet vielfältige Standard- und Sonder-Features, die die hohen Anforderungen des Wire-Bond-Prozesses erfüllen. So gestattet die Steuerungsvariante SPiiPlusSC den höchstmöglichen Datendurchsatz zwischen Host-PC und Steuerung. Weil die Host-Anwendung und der SPiiPlusSC-Controller im selben PC arbeiten, werden Shared Memory und Events für besonders schnelle Kommunikation genutzt. Alternative Lösungen arbeiten mit Kommunikation auf Ethernet-Basis, was besonders für die Kraftregelung einen Engpass darstellt und die Leistungsfähigkeit der Maschine beschränkt. Ein weiteres Merkmal der SPiiPlusSC ist die kurze Steuerungszykluszeit von 0,2 ms; sie ermöglicht kurze Bewegungs- und Verweilzeiten, schnelle Systemantwort, angepasste Profilerzeugung und bessere Feed-Forward-Kompensation.
ACS hat diverse Regelalgorithmen entwickelt, die sich besonders für das Wire-Bonding eignen: Soft-Touch«-Kraftregelung, »ServoBoost« und »MotionBoost«. Die »Soft-Touch«-Kraftregelung umfasst einen schnellen Berührungserkennungs-Algorithmus, der auf verschiedenen optionalen Kriterien beruht: Positionsfehler, Verstärkersignal oder analoges Eingangssignal (z.B. von einem Kraftsensor). »Soft-Touch« verarbeitet auch nicht-lineare Kraft-Weg-Federkennlinien, bietet Gewichtskompensation (bei vertikalen Achsen) und hat einen Dämpfungsmechanismus zur Begrenzung der Auftreffkraft und zur Unterdrückung kraftinduzierter Schwingungen. Für das Wire-Bonding wird nach Erkennung der Kollision ein vorab programmierter Kraft-Zeitverlauf gefahren und anschließend sanft auf Positionsregelung zurückgeschaltet. Der Übergang vom Positionsmodus zum Kraftmodus und zurück erfolgt innerhalb von 50 µs.
»ServoBoost« ist ein speziell für hochdynamische Anwendungen konzipierter Regelalgorithmus. Er ermöglicht es, maximale Bandbreite und »Null«-Ausregelzeiten mit Sub-µm-Auflösung zu erreichen. »MotionBoost« ist ein neuartiges Bewegungsprofil zum Erreichen einer minimalen Ausregelzeit und einer maximalen Dynamikleistung. Der Algorithmus erzeugt spezielle Bewegungsprofile mit einer Echtzeit-Servorate von 20 kHz, was schnelle, sanfte Bewegungen von nur 100 bis 500 µs Dauer ermöglicht. »MotionBoost«-Profilerzeugung ist den Algorithmen mit Bewegungsprofilen zweiter und dritter Ordnung darin überlegen, dass der Verstärkerstrom bei besonders schnellen Bewegungen, die den Durchsatz erhöhen sollen, reduziert wird. »MotionBoost unterstützt koordinierte Achsbewegungen mit bis zu drei Achsen.
Wire Bonding ist eine anspruchsvolle Anwendung. Mit SPiiPlusSC + UDMlc + UDMba bietet ACS Motion Control dem Markt eine besonders leistungsfähige Lösung an. Die SPiiPlusSC-Steuerung ermöglicht besonders hohen Durchsatz und kurze Zykluszeiten, ohne Stellfläche zu verbrauchen, und unterstützt spezielle Algorithmen für derartige Applikationen.
Die Verstärker UDMlc und UDMba erreichen hohe Leistung bei geringem Platzbedarf und sind prädestiniert für Achsantriebe in Wire-Bond-Maschinen. Viele der genannten Produkte und Leistungsmerkmale eignen sich auch für andere Anwendungen, etwa für automatische IC-Programmierung, Leiterplattenbestückung, Flach-Bildschirm-Inspektion, Wafer-Prüfung sowie für Röntgen- und Computertomographie.
Zusätzlich bietet ACS allgemeinen und speziellen Support durch erfahrene Mitarbeiter und hilft bei der Entwicklung, vom Entwurf der Maschine bis hin zur Markteinführung.
Jason Goerges ist General Manager von ACS Motion Control.
SPS IPC Drives: Halle 4, Stand 568
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