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2021年10月29日 | 直线旋转执行器在半导体行业中的应用
2021-10-29 来源：高工机器人网
近几年，我国IC行业蓬勃发展，芯片设计技术及封测技术已经走向世界前列，但后端的制造业却存在严重的技术依赖。以芯片晶圆的分拣为例，取放操作（PICK&PLACE）是芯片晶圆分拣的基本工序，这类工序往往使用搭载高速直线运动模组（直线运动往复频率会达到20Hz左右）的负压吸盘实现，直线运动具有位置精度高，加速度高，速度快，惯量大的特点。
但是被搬运的晶圆往往为分散放置，这样就导致在分拣过程中存在较大的接触冲击力，如超过晶圆的承受范围，就会导致晶圆损坏。因此就要求晶圆的分拣设备在极短的时间内完成位置和力的控制（一般力小于0.5N）。同时还需要通过旋转运动纠正晶圆的角度。这种集成直线运动和旋转运动的末端设备就是旋转直线执行器。
图1 直线旋转执行器在半导体中的应用
直线旋转执行器的行业现状
据估算，直线旋转执行器在国内约有30亿的市场空间，其中晶圆分拣，高端柔性SMT是刚需市场，此外在新能源、半导体、3C以及生物医药领域也有大量的应用需求。但由于我国直线旋转执行器的发展较慢，目前国内99%的执行器都是依赖于进口，价格昂贵且供货周期长，极大地影响了我国制造效率。
国外目前主要有三家企业涉及直线旋转执行器领域，分别是美国的SMAC公司、日本THK以及新加坡的雅科贝思。但由于这三家国外产品价格昂贵，供货周期长，难以满足国内制造业需要，实际上成为了国内半导体、生物医药等行业量产的“卡脖子核心零部件。
图2 SMAC和日本THK的直线旋转执行器
钧舵PPA助力半导体发展
钧舵机器人瞄准行业需求，根据多年的技术积累，突破音圈电机，直线电机，直线编码器，伺服驱动技术和力控技术，推出具有自主知识产权的直线旋转执行器PPA（PICK&PLACE Actuator），成功打破了国外的产品封锁，能广泛应用于高速高力感知的搬运场景。
图3 钧舵直线旋转执行器PPA
钧舵PPA六大技术优势
产品精密装配过程中，末端执行器往往需要实现直线和旋转两个独立自由度的运动，以达到拾取、变姿态和放置的动作。而这类执行器，市面上绝大多数的厂家都是通过“旋转伺服电机+丝杆来实现的。虽然“直线+旋转的问题解决了，其“副作用也随之而来。“旋转伺服电机+丝杆的解决方案使得整个执行器体积大、占用空间多，且加速度通常只能达到10-20m/s2，精度也很难达到微米级，而且基本不具备力控的能力。而效率、精度和力控等方面性能的不足，很难满足当前半导体、生物医药等行业快速发展的需求。
钧舵研发团队突破高难度技术细节，用六大技术优势攻破“卡脖子难关，正式进入直线旋转执行器市场。
图4 PPA模组展示
1.体积小，降低能耗
相比于传统直线旋转单元，钧舵研发的直线旋转执行器体积减小50%，可降低80%的能耗；
2.高场景匹配度
相比于传统直线旋转单元，PPA的直线运动速度提高20倍，可满足高速应用场景；
3.高精度
PPA直线运动精度达到0.5um，相比于一般的丝杆传动方式，无齿隙和回隙，精度提高10倍；
图5 PPA不同角度展示
4.精准力控
PPA具有力控功能，最小力分辨率可到2g，避免由于无力感知带来的物品损坏，减少精密零件损伤；
5.柔性化
PPA具有力/位置混合控制，能够同时处理不同尺寸物体，以柔克刚，柔性处理；
6.高能量密度
采用SOC控制方案和PWM AD补偿方案，驱动效率提升30%，同步性提升10%，成本降低20%。
准备就绪 蓄势待发
虽然直线旋转执行器在SMT行业、智能手机镜头组装、触摸面板检测、食品包装领域有大量的应用场景，但国内仍然处于解决有无的状态。随着国内需求的增加以及音圈电机、控制器等支撑类技术的成熟，钧舵机器人紧跟市场需求，成功研制出直线旋转执行器（PPA），力求为国内快速发展的高端制造业提供产业化、规模化的基础支撑，为半导体、生物医药、汽车零部件等行业自动化提供基础关键核心零部件，实现进口产品的国产替代，解决制约行业发展的瓶颈产品。
*本文转载自钧舵机器人
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