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华中科技大学硕士学位论文
1 绪论
1.1 课题来源
本课题得到以下项目的资助： ● 国家重点基础研究发展计划（973）项目子课题“电子制造中的混合约束数字建模与 产品缺陷诊断机理”，批准号：2003CB716207。 ● 国家高技术研究发展计划（863）项目“RFID 标签封装设备开发与生产”，批准号： 2006AA04A110。 ● 国家杰出青年基金项目 “数控技术与数字制造”，批准号：50625516。
而国内虽然有几家企业和科研机构从事相关设备的研制，但是尚不能满足实际生产 的要求。研制具有自主产权的 RFID 封装设备，打破国外公司对此类技术的垄断，不仅 可以在 RFID 芯片封装产业占据一席之地，摆脱半导体产业长期受制于人的窘境，而且 可以大大降低国内广大的 RFID 应用企业在生产设备方面的成本，提高企业的竞争力。
The function of voice coil motor in the flip chip process is to complete three movements: pick, orient and place. In the first two movements, the patch head which is fixed on the shaft of voice coil motor do not need to press the chip, so the control method is mainly position control. The method how to use Turbo PMAC to realize its position control is discussed, and the model of Turbo PMAC controller is established to simulate the result. Considering the movement is repeatable, the iterative learning control method is proposed to improve its precision, and the simulated result shows it works.
In the “place” process, high speed movement and low contact force are both required for the control system to ensure the high reliability. A new method which uses Turbo PMAC to realize the soft landing is proposed, and the motion track is optimized. The experiment result shows that this control method realizes the soft landing, costs shorter time and has a higher reliability.
Keywords: RFID; Flip chip; PMAC; Position control; Iterative learning control; Soft landing
II
独创性声明
本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的 研究成果。尽我所知，除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个 人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体， 均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。
音圈电机具有结构简单、体积小、重量轻、高速度、高加速度、高精度（直接驱动）、 急速响应、力控制精确等卓越特性，同时兼具有寿命长、运动频率高等优点。因此，音 圈电机被广泛地用于磁盘、激光唱片定位等精密定位系统以及许多1.3.2 音圈电机位置控制研究现状
本课题致力于音圈电机在 RFID 标签封装设备中的高速高精运动控制研究。结合音 圈电机具体的控制过程，对音圈电机的软着陆以及力/位混合控制做了初步的探讨，力求 在保证贴装质量的前提下，尽可能高的提高设备的效率。
1.3 国内外研究概况
1.3.1 音圈电机发展及应用现状
音圈电机（Voice Coil Motor，VCM）是新型控制微特电机的一种，它是一种特殊形 式的直接驱动电机，因为原理与扬声器类似而得名。其工作原理相当简单：通电线圈（导 体）在磁场中会产生力，力的大小与施加在线圈上的电流成比例。基于此原理制造的音 圈电机运动形式可以为直线或者圆弧[4][5]。
综观整个 RFID 标签设备，直接决定设备封装效率的关键是贴片过程。在第一台封 装设备中，贴片模块采用了柔性驱动（同步齿形带传动）拱架机器人的结构，然而存在 跟踪和补偿困难的缺陷，即使采用 PID 控制能使柔性驱动系统的末端执行器获得较高的 定位精度，但因没有对摩擦力和惯性力进行有效补偿，其稳态调节时间也会较长，从而 影响设备的加工效率[3]。 在本台设备中，一改之前伺服电机驱动拱架机器人的方式，采 用了直线电机+伺服电机+音圈电机的驱动方式，分别实现 Y 向、X 向和 Z 向的运动。 其中贴片的直接动作由音圈电机完成，包括实现直线与旋转两个自由度的运动。
首先从封装设备的贴片模块入手，对其贴片工艺流程做了简单介绍。针对贴片的技 术要求，选用一种两自由度音圈电机作为芯片拾放动作的执行机构。结合该模块控制系 统的组成，提出了一种利用 Turbo PMAC（多轴运动控制器）对音圈电机进行控制的方 法。
音圈电机在贴片流程中主要完成拾片、旋转及放置三个动作。针对拾片、旋转过程 中贴装头对芯片无挤压动作的特点，在这两个环节中，对音圈电机的控制主要为位置控 制。本文对利用 Turbo PMAC 实现音圈电机位置控制的方法做了详细分析，提取其控制 模型，并进行了模拟仿真。结合先进 PID 控制中的迭代学习控制方法，以及音圈电机运 动具有重复性的特点，探讨了该方法在音圈电机位置控制中的应用。仿真结果显示，该 控制方法能有效提高定位精度。
I
华中科技大学硕士学位论文
Abstract
With the great development of semiconductor technology and electronic information technique, the radio frequency identification (RFID) technology is widely recognized and accepted by the people, and also expands new application areas and brings a broader market. The demand for low-cost RFID tags, cause the package equipment more effective and with higher reliability. This thesis mainly discusses the application of voice coil motor (VCM) in the RFID tags package equipment, and research on different control methods of VCM in different processes.
华中科技大学 硕士学位论文 基于音圈电机的力/位控制及应用 姓名：黄浩 申请学位级别：硕士 专业：机械电子工程 指导教师：尹周平
20080527
华中科技大学硕士学位论文
摘要
随着半导体技术以及电子信息技术的迅猛发展，RFID（射频识别）技术越来越被更 多的人所认识和接受，并带来更为广阔的市场和应用空间。RFID 标签低成本的需求， 推动 RFID 标签封装设备向着更高封装效率、更高可靠性的方向发展。本文围绕音圈电 机在 RFID 标签封装设备中的应用展开，研究了音圈电机在不同运动流程中的控制方法。
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华中科技大学硕士学位论文
基于国内 RFID 标签封装设备研发落后的状况，华中科技大学数字制造装备与技术 综合实验室从 2005 年开始就致力与 RFID 封装设备的研制工作。并于 2006 年成功研制 开发了国内第一台 RFID 电子标签封装设备。2007 年初，该实验室开始着手第二台封装 设备，并在机械结构和控制结构上做了重大改进，以实现更高的封装效率。
针对芯片放置过程中快速进给与低力冲击的控制要求，提出一种利用 Turbo PMAC 实现音圈电机软着陆的方法，并进一步对运动轨迹进行了优化。实验结果表明，该控制 方法不仅实现了音圈电机的软着陆，而且可以有效缩短软着陆的时间，提高了运行的效 率和贴片的可靠性。
关键词：射频识别 倒装芯片 PMAC 位置控制 迭代学习控制 软着陆
目前制约 RFID 技术广泛普及的一个主要障碍在于单个标签的制造成本过高，而单 个标签的制造成本主要集中在芯片的制造成本和标签的封装成本上。因此，要使 RFID 技术得到更广泛的应用，开发出具有高产量和高成品率的 RFID 标签封装制造设备是很 重要的一个方面。
当前世界上只有国外几家大型半导体设备供应商可以生产此类设备，如德国纽豹、 日本 Toray、奥地利 Datacon 和 SUSS 等，而且价格不菲。RFID 标签制造设备最重要的 性能指标是每小时生产的合格标签个数（Unit Per Hour，简称 UPH），国外公司设备的 普遍水平在每小时 5000～8000UPH [2]。
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