公司与新品介绍

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高精度光栅尺在高速三维接触深度钻铣机中的应用

PCB印刷电路板日趋微型化和复杂化，这就需要电子器件的定位能达到极高精度。为使定位达到高精度，各类加工机广泛采用直线电机技术。ERNST LENZ Maschinenbau是一家开创性的公司，他们提供印刷电路板钻铣机。位于德国黑森中部辛恩的这家制造企业是首家在PCB钻孔机上成功应用直线电机技术的企业之一。直线电机技术还首次应用在DRB 610 1+1 PCB钻铣机上，该机在Productronica 2013展会上展现了其双主轴的极高动态定位精度（见图1）。该机器制造商还选用海德汉LIC 4100绝对式敞开直线光栅尺保证高精度的位置测量及运动速度控制（见图2）。

图1 全新DRB 610 1+1 PCB钻铣机

技术先驱

图2 LC 4100绝对式直线光栅尺

LENZ拥有超过40年生产这类系统的经验，是欧洲首批专业开发生产PCB钻孔机的公司之一。该公司持续的高质量、极高的客户导向，特别是创新和开创性的机床结构在市场上获得了广泛认可。LENZ是第一家发现当时较新的直接驱动技术在PCB钻孔机上应用潜力的企业，自1994年以来，该公司开发生产了直线电机驱动的PCB钻孔机，自1998年起，该公司生产的所有机器全部采用该技术。而且，从1996年开始，该公司从采用海德汉公司的封闭式直线光栅尺改为采用敞开式直线光栅尺。“更换的原因，”LENZ公司总经理Uwe Lenz（见图3）说“是工作噪音低。我们配滚珠丝杠的传统驱动仍采用封闭式直线光栅尺，但升级到速度更快和更低噪音的直线电机时，我们需要一种新的系统，我们很快发现海德汉提供适合该应用的敞开式直线光栅尺。由于我们对海德汉的产品和服务非常满意，现在全新DRB 610 1+1 PCB钻铣机同样采用海德汉LIC 4100绝对式敞开直线光栅尺。”

敞开式直线光栅尺提升机器的动态性能。

LENZ又一次开创市场先河，率先开发出市场所需的DRB（钻孔、切割，运送）610 1+1系统，并于2013年11月面世。该机的突出特点是拥有沿全部三个轴的接触深度钻孔与接触深度铣削（也即Z轴控制的深度钻孔/铣削）能力，速度快，精度高。

最新开发的DRB 610 1+1结构紧凑，占地面积仅1 410 mm×1 620 mm，而加工区达610 mm×650 mm。该机的另一项优点是拥有2 400刀位的大型横向刀带。刀具的换刀操作采用独立刀带驱动，因此X轴不需要定位大量刀具，显著减轻了该轴的工作负荷。因此可用更小规格的驱动，使该机结构更加紧凑。“另一项优点是操作人员可在机器加工的同时换刀，”Uwe Lenz说。现在，配双主轴的全自动钻铣机能进行标准深度钻孔和铣削（电路板自动装入和运出）。

PCB电路板上的孔径越来越小，经济地进行大批量生产需要高精度、高性能并且过程安全。为达到最高钻孔生产力，气浮轴承的主轴转速高达300 000 r/min，钻孔深度达50μm，定位精度达到±3μm。滚柱轴承主轴适用于1.5mm至6.35mm较大孔的钻孔与铣削，而铣削深度精度高达±10μm。Uwe Lenz补充说，“主轴不是独自工作，而是顺序工作，这是1+1后缀型号命名的原因。”

不仅主轴转速极高-X、Y和Z轴加速度也非常大。“每分钟要进行1 000次钻孔，X轴和Y轴的加速度几乎达到2 g和Z轴达到3 g以上，”Uwe Lenz解释说。Sieb&Meyer公司的 CNC 84.00数控系统需要在极短的时间内得到直线电机的位置信息，只有这样才能在如此高的加速度条件下进行高精度运动，为此，选用海德汉公司的LIC 4100进行X轴、Y轴和Z轴的高精度定位。CNC 84.00是为PCB行业的钻孔机专门开发的数控系统。高性能的软件与硬件使该钻孔机在生产中具有最高精度、最高生产力和最高可靠性。

高质量扫描提供了功能安全性

位置测量应用的直线光栅尺是机床达到高精度定位不可或缺的手段。直线光栅尺直接且立即测量进给轴的实际位置。除绝对式位置测量外，LIC 4100敞开式直线光栅尺还具有1 nm的高分辨率及高速纯串行EnDat 2.2接口。绝对式直线光栅尺在开机时就能立即提供当时的位置值，它不需要执行参考点回零操作，因此技术可靠性高和安全性强。绝对式直线光栅尺特别适应于直接驱动应用。一旦开机启动，上层电子系统立即能检测到实际位置和换向偏移量，并立即为电机供电并使电机在闭环中。关键工作状态都能安全地控制，例如开启直接驱动的垂直轴或急停后的退刀。在高动态应用中，极高的测量信号质量能改善速度控制和定位性能。

“由于它采用独特的扫描技术，这些光栅尺对污染不敏感，因此可以确保设备的高可靠性和高速度，同时能达到1 nm的高分辨率，”海德汉公司（西部地区）销售经理Markus Hanelt说。为达到极小测量步距要求，增量刻轨的测量信号用大倍频细分并与绝对刻轨一起提供绝对位置信息。由于它的分辨率高，因此伺服放大器的控制环增益大，即使运动速度很低也能达到极高控制和定位精度。“LIC 4100的另一项优点是它允许的温度范围宽，达到-10～+70°C，”Markus Hanelt补充说。该系列光栅尺有多个版本：温度稳定性最高的Zerodur玻璃陶瓷光栅尺，从玻璃光栅尺到长度达28 440 mm的钢带光栅尺。

最新扫描方法还提供极高的功能安全性。海德汉公司Metallur工艺的准平面结构光栅具有超强抗污染能力，因此能显著提升光栅尺可靠性。光栅刻线边缘清晰度高且一致性好，细分误差极小，能达到纳米级，因此它能满足直线驱动系统工作平稳要求及控制环高增益要求。在开发该光栅尺中还考虑到升级的兼容性。“LIC 4100安装尺寸与市场上畅销的海德汉LIDA 400增量式直线光栅尺一致，”海德汉公司高级产品经理Reinhard Kuhn说。“因此可以很容易地替换现在用在加工机中的光栅尺，将其换为绝 对式测量技术。只需相应调整后续电子电路。”

图4 DRB 610 1+1的加工区：右侧为双主轴配置，中左位置是直线电机的定子以及相应的X轴的LIC 4100钢带光栅尺

数字接口还有更多功能优点。通过该接口传输的绝对刻轨信号、增量刻轨信号和位置值计算的评估数字实时报告光栅尺状态。“评估数字让我们能非常方便地确定光栅尺与运动方向的对正情况，”Reinhard Kuhn说。还能报告信号质量情况，提供工作冗余信息，因此还便于定义保养间隔时间。这是光栅尺高可靠性的基本前提条件。

结论

为了在一年内快速完成从初步设计到最终产品定型，必须考虑许多因素。首先，必须建立一支富有创造性的团队，如LENZ；其次，选用创新产品，例如Sieb&Meyer公司的CNC 84.00数控系统和海德汉公司的LIC 4100敞开式直线光栅尺；第三，最大限度消除各方之间障碍，快速解决任何问题。Uwe Lenz认为快速开发特别成功的一项因素是“我们与海德汉公司间的愉快合作，海德汉为我们提供的测量技术是我们超过25年来所生产机器的关键。”

图5 气浮轴承的主轴，横向安装的Z轴的LIC 4100光栅尺

应用材料公司的创新硬掩模材料技术解决铜互连图形生成的挑战

全球领先的半导体、平板显示和太阳能光伏行业精密材料工程解决方案供应商应用材料公司，近日推出全新的Applied EnduraCirrusTMHTX物理气相沉积(PVD)*系统，采用突破性硬掩模技术，可支持10 nm及更小的铜互连图形生成。芯片尺寸的不断缩小需要更先进的硬掩模技术，从而保证紧凑、微型互连结构的完整性。随着这一全新技术的推出，应用材料公司成功延续氮化钛（TiN*，半导体行业的首选硬掩膜材料）金属硬掩模，满足未来先进微芯片铜互连图形生成的需求。

应用材料公司金属沉积产品业务部副总裁兼总经理Sundar Ramamurthy博士表示：“解决先进互连图形生成的挑战是金属硬掩模精密工程领域的关键。应用材料公司过去数十年来始终致力于将PVD技术应用于TiN膜工程领域，Cirrus HTX TiN系统的推出是我们的又一大创新力作。结合我们独特的VHF*技术，这款新产品使客户能灵活地调整TiN硬掩模的压缩和拉伸应力，从而克服系统整合方面的具体挑战。”

当今的先进微芯片技术能够将20 000 m长的铜线装入100 mm2的狭小空间内，将其堆叠成10层，在层与层之间有多达100亿个通孔或垂直互连。金属硬掩模的作用是保持这些软ULK*电介质中的铜线和通孔的图形完整性。然而，随着芯片尺寸的不断缩小，传统TiN硬掩膜层的压缩应力可能会导致ULK薄膜中的狭窄铜线图案变形或倒塌。以Cirrus HTX沉积的TiN硬掩模则提供了独特的应力调节功能，这一特殊性能加上良好蚀刻选择性，实现优异的的关键尺寸(CD)*线宽控制及通孔对准，从而提高产品良率。

TiN硬掩模技术的突破主要归功于硅片生产中的精密材料工程，使其制造出高密度、低应力的薄膜。在久经市场考验的Endura平台上，结合了兼具膜厚度均匀性和低缺陷率，Cirrus HTX系统能够满足多互联层图形生成的大规模量产需求带来的严峻挑战。

KLA-Tencor推出封装检测新机台满足先进封装市场需求

电子行业的最终驱动力来自于客户对终端产品的需求。客户要求产品具有更长的续航能力，更低的价格，更丰富多彩的功能，以及更便捷的网络连接。正是由于有这些新的需求，才使得科天（KLA-Tencor）这样的设备厂商能够不断的进步。

科天销售总经理任建宇介绍：消费类移动电子产品持续不断地推动着生产更小、更快，且更强大的设备。先进封装技术可以带来设备性能优势。但是，封装生产方法则更为复杂，这涉及典型的前端IC生产工艺的实施，以及独一无二的工艺。结合科天在前端半导体工艺控制中的专业技术以及在与世界级的先进封装研发公司和产业联盟合作过程中取得的经验，科天开发出了灵活而高效的缺陷检测解决方案，可帮助解决从晶圆级至最终组件所遇到的封装挑战。具体来说，先进封装技术的总体发展趋势是满足更小的封装尺寸、晶圆级封装的问世、倾向于采用前端工艺以及更低的封装制造成本。区别于传统从前端到后端的晶圆级封装（WLP）制程，现在已出现了包括TSV、RDL 与Bumping在内的中道制程这一阶段。由于封装复杂度在提升，导致封装的成本在提高。因此，在封装技术中，检测和量测也变得越来越重要。科天能够为半导体封装提供一整套全面的技术服务和支持。

科天日前所推出两款新产品，可支持先进半导体封装技术检测：CIRCL-AP?和ICOS?T830。CIRCL-AP针对晶圆级封装中多种工艺制程的检测与工艺控制而设计，不仅拥有高产量，还能进行全表面晶圆缺陷检测、检查和测量。全球现已安装了多套不同配置的CIRCL-AP系统，用于TSV的开发和生产、扇出晶圆级封装，以及其他晶圆级封装技术以及使用硅通孔技术(TSV)的2.5D/3D IC集成。

ICOS T830則可提供集成电路(IC)封装的全自动化光学检测，利用高度灵敏的2D和3D来测量广范的器件类型和不同尺寸的最终封装品质。ICOS T830系统用于多个全球IC封装工厂内，针对广范的器件类型与不同尺寸的封装质量提供精确反馈。这两款系统都可以帮助IC制造商和封测代工厂在采用创新的封装技术时应对各类挑战，例如更细微的关键尺寸和更紧密的间距要求。

中国已经成为世界最大的电子市场，未来也具有无限的潜力。科天致力于服务客户，贴近市场，因此在中国大陆地区投入了巨大的努力。未来，科天将与客户一起，持续不断地努力提升良率，改进技术，帮助客户降低成本，更好的面对新的技术挑战。