[发明专利]全自动集成电路封装设备合模电机高精度非线性控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及集成电路封装设备控制方法领域，具体是一种全自动集成电路封装设备合模电机高精度非线性控制方法。

背景技术

半导体集成电路封装是指将加工好的半导体集成电路裸片采用热熔型树脂材料进行密封固定的过程。它不仅起着保护芯片内部集成电路、增强导热性能的作用，而且封装工艺也对集成电路的性能及使用寿命也有一定的影响，是半导体集成电路制造流程中至关重要的工艺环节。

全自动半导体集成电路封装设备是在完成集成电路芯片封装这一核心功能的基础上，辅以上片、上料、下料、清模、除流道、产品收集等功能研制而成的全自动化设备。根据不同的需求，每台封装设备由1-4台压机组成，压机是该设备的基本组成单元。如图1所示，压机内部有一套用于集成电路封装的模具，分为上模具1和下模具2。上模具1在设备内部固定不动，下模具2上表面放置待封装的集成电路裸片条带，下模具2由剪叉式结构的力臂关节3驱动上下升降，力臂关节3由直流伺服电机4驱动。封装芯片时，下模具承载着待封装的集成电路裸片条带在直流伺服电机4的驱动下缓缓上升，直至与固定的上模具接触并产生120吨合模压力，然后直流伺服电机4停止运动并抱死以保持该合模压力直至模具内的注塑杆完成注塑动作，注塑完成并冷却后，直流伺服电机4缓缓开模，取出下模具内完成封装的集成电路条带，完成芯片封装。

在芯片封装的过程中，直流伺服电机4的控制精度对于封装芯片的合格率也着至关重要的影响。为取得比较理想的封装效果，直流伺服电机4的压力控制精度需控制在千分之一左右。而模具下模与直流伺服电机4之间采用剪叉式结构的力臂关节3传动，直流伺服电机4通过同步皮带再通过丝杆驱动台面下方的力臂关节，进而通过力臂关节驱动下模具做上下移动。这样会导致下模具移动距离与控制步数之间具有一定的非线性；而且下模具和传动机构重量达上百公斤，传动机构和立柱的润滑性能也会导致驱动负载的变化，这些影响因素给大合模压力下高精度的控制带来了较大的难度。

发明内容本发明的目的是提供一种全自动集成电路封装设备合模电机高精度非线性控制方法，以解决现有技术半导体集成电路封装设备中直流伺服电机控制存在的问题。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案为：

全自动集成电路封装设备合模电机高精度非线性控制方法，其特征在于：包括以下步骤：

（1）、采用PLC作为运动控制器，带绝对编码器的直流伺服电机接入PLC由PLC控制，通过PLC控制直流伺服电机，使下模具处于不同的高度，在各个高度点用千分尺测量出上、下模具之间的距离Δx，并记下各点对应的绝对编码器的反馈值，其中上、下模具之间的距离Δx作为被控量，绝对编码器的反馈值作为控制量；

（2）、以绝对编码器的反馈值即控制量为横坐标，上、下模具之间的距离Δx即被控量为纵坐标作坐标图，得到被控量与控制量的关系曲线图，采用曲线拟合的方法对关系曲线图进行拟合，得到控制量X和被控量Y的数学关系表达式为：

Y=A+B₁*X+B₂*X²+B₃*X³+B₄*X⁴+B₅*X⁵，

表达式中，A、B₁、B₂、B₃、B₄、B₅为系数，曲线拟合精度达到99.995%；通过现场标定测得的一系列的X、Y的值，使用Origin数据处理软件，通过曲线拟合的方式确定A、B₁、B₂、B₃等系数；

（3）、将控制量X和被控量Y的数学关系表达式输入至PLC中，PLC以控制量X和被控量Y的数学关系表达式作为位置控制方案，通过直流伺服电机控制下模具运动至坐标图原点位置，在下模具上放入待封装的半导体集成电路裸片条带，然后PLC根据位置控制方案通过直流伺服电机控制下模具上升，直至上、下模接触并产生压力，位置控制方案结束；

（4）、在PLC中设计变结构PID控制器作为压力控制方案，变结构PID控制器的表达式如下：

，

式中：，

，

，

其中，、、、、、、、均为正的实常数，且为保证>0，必须有>，、、分别为比例、积分、微分常数，e为当前压力与目标压力的误差；