随着半导体设备产业的快速发展,对于芯片倒装装备关键部件和核心技术的研发和应用日趋重要,本文对作为轨道式倒装装备关键模块的覆晶臂的定位控制技术研究具有重大的意义。在实际应用中,快速高精度定位是轨道式倒装装备高加速度系统应具备的十分重要的伺服性能。对于芯片倒装装备,覆晶臂模块是实现一系列取晶、覆晶动作的关键部件。在对轨道式倒装装备中的覆晶臂模块进行调试时,发现如下两个难题:第一,覆晶臂的Z轴和θ轴存在耦合关系,即θ轴做旋转运动时对Z轴施加变化的扰动力,造成因负载运动以及不同工况引起的模型不确定性。第二,从覆晶工艺角度考虑,由于两轴规划的运动在时间上有交叉导致运动相互影响,以及软硬件方面的延时,致使两轴运动过程不平滑以及出现滞后情况,不利于覆晶臂运动周期时间的缩短和高精度定位控制。由于上述两个问题的存在,覆晶臂两直驱轴在高速高加速度、平稳定位方面未能发挥最大效能,设备的工作效率和产品品质相应降低。本文以覆晶臂两直驱轴为研究对象,研究其伺服控制系统和在高速高加速度条件下的定位控制技术。一方面,本文在紧紧围绕设备中关键功能指标“定位时间”和“定位精度”的前提下,分别从覆晶臂的工艺过程和控制性能方面详细分析存在问题点的原因。另一方面,本文围绕“系统建模与辨识”、“轨迹规划优化”和“定位控制策略”三大内容针对性地解决覆晶臂模块存在的问题。基于以上分析,本文研究工作如下:1、详细描述轨道式倒装装备特点,包括其系统组成、功能模块和工艺技术,并着重介绍其关键模块覆晶臂的伺服控制系统结构。并进一步,重点探讨本文研究对象覆晶臂模块的工艺过程和控制性能影响。2、对覆晶臂两直驱轴进行机理建模和实验建模。其中,通过正弦扫频实验获取被控对象的输入输出数据,采用频域辨识方法辨识模型参数,并得到传递函数。最后分析讨论系统动态特征存在的问题。3、研究了高加速下基于覆晶臂特征的轨迹规划问题。首先分析了各典型点位轨迹规划的特点,然后依据覆晶臂的系统特征,考虑结合时间最小和冲击最小准则对五阶S曲线规划进行优化处理,满足对覆晶臂伺服系统的要求。通过实验分析,对于优化的规划曲线表达式,当权重系数q的取值越大,表示基于冲击最小准则的比重更大,规划曲线的光滑度更高,但相应的耗费时间长;反之q取值越小,则更保证时间最优。4、针对刚柔耦合的Zθ二自由度覆晶臂,本章研究了采取 H_∞混合灵敏度鲁棒控制器解决由系统耦合引起的不确定性问题的控制策略,使系统具有强的鲁棒性。在基于覆晶臂系统进行不确定性分析上,选取合适的灵敏度函数的加权函数,并设计基于 H_∞混合灵敏度的鲁棒控制器,最后进行覆晶臂系统面对不同工况下的鲁棒性分析实验,以及存在外界干扰情况下的动态响应实验。实验表明,相比于传统PID控制器,覆晶臂系统采用 H_∞鲁棒控制器时动态响应快,稳态整定能力好,抗干扰能力更佳,鲁棒性更强。分析表明,所设计的鲁棒控制器能使覆晶臂系统在不同工况下工作,在参数变化过程中有很好的适应性,表现出较好的鲁棒性。