고정밀 모션 제어를 위한 리니어 모터 포지셔닝 테이블
많은 모션 제어 장치 공급업체가 소형 또는 고정밀 포지셔닝 테이 블을 제공하지만, 오늘날의 혁신적인 생산 시스템이 요구하는 모든 기능을 제공하지 못할 수도 있다. 리니어 모터 구동 포지셔닝 테이블은 작은 크기에 높은 정확도와 빠른 응답이 필요한 반도체, LCD/OLED 제조 등의 부하 운반 애플리케이션에 매우 적합하다. 공간 제약이 있는 애플리케이션에 필요한 높은 정밀도와 성능을 얻으려면 다음과 같은 고급 기능이 있는 리니어 포지셔닝 테이블을 선택하는 것이 좋다.
• 높은 정확도와 반복성: 부품과 공작물이 작아짐에 따라 제조 장비는 나노 스케일 포지셔닝을 달성하기 위해 정확하고 반복 가능한 주행 직진성과 자세 정확도를 요구한다. 예를 들어, 사용할수 없는 반도체 웨이퍼는 수십만 달러의 비용이 들 수 있다. 피드백을 위한 통합 광학 리니어 인코더가 있는 포지셔닝 테이블은 필요할 때 보정을 허용하는 폐쇄 루프 포지셔닝 시스템을 만들어 매우 높은 포지셔닝 반복성을 보장한다.
• 컴팩트한 크기: 기계 설계는 점점 더 작아지고 있을 뿐만 아니라 단면 높이가 낮고 가벼운 부품을 필요로 한다.
• 축 구성 선택: 동적 애플리케이션은 다양한 축에 걸쳐 다양한 구성 가능성을 요구할 수 있다.
• 빠른 응답을 위한 높은 추력: 포지셔닝 테이블은 고속에서 작동할수 있어야 할 뿐만 아니라, 모션의 빠른 변화에 정확하게 대응해야 한다. 추력이 높으면 가속 및 감속 속도가 빨라지고 응답 속도가 빨라진다.
• 안정적인 속도: 테이블 설계는 정적 마찰 유도 저항을 완화하고 원활한 모션을 보장하는 통합 구성 요소를 포함해야 한다.
• 기계 부품 감소: 움직이는 부품은 가속과 감속을 방해하는 마이 크로초 단위의 지연을 발생시켜 사이클 시간을 늦추고 생산성을 떨어뜨릴 수 있다. 또한 원치 않는 입자를 생성하기도 한다. 리니어 모터 구동 포지셔닝 테이블은 일반적으로 볼 스크류 구동 방식에 비해 움직이는 부품 수가 적도록 설계된다. 따라서 리니어 모터 구동 포지셔닝 테이블은 동작으로 인해 발생하는 입자가더 적다.
• 클린룸: 점점 더 많은 수의 리니어 모션 장치가 입자 생성 부품과 특정 윤활제가 허용되지 않는 실험실 및 클린룸 애플리케이션에 배치되고 있다.
▲ 이동 자석과 광학식 리니어 인코더가 장착된 IKO NT 시리즈 리니어 모터 테이블의 단면도.
다행히도 반도체 장비 설계자와 광범위한 자동화 제조 및 동적 애플 리케이션은 이제 이러한 모든 특성을 일련의 소형 리니어 모터 위치 지정 테이블에서 찾을 수 있다.
예를 들어, IKO의 NT Nano Linear Series 는 통합 직접 구동 리니어 모터와 고해상도 리니어 인코더를 활용하여 뛰어난 위치 지정 정확도를 제공한다. 또한 내장된 고강도 네오디뮴 자석이 포함되어 있어 고속 및 큰 가속 및 감속을 가능하게 하는 큰 추력을 제공하여 뛰어난 응답을 제공한다. 구체적 성능은 다음과 같다.
• 5초각 이하의 자세 정확도
• 단일 축 테이블의 경우 최대 추력 36N
• 다축 테이블의 경우 최대 추력 70N
• ±0.5µm 또는 ±0.1µm의 반복성
• ≤1µm의 실행 정확도
• 0.5µm~0.01µm의 단계 크기 분해능
이 테이블은 위치 정확도와 응답을 최적화하도록 배열되어 있다. 방법은 다음과 같다. 광학 리니어 인코더 스케일은 이동 테이블에 장착되고 광학 리니어 인코더 판독 헤드는 베드에 부착된다. 이렇게 하면 움직임을 방해하거나 마모로 이어지거나 깨끗한 환경을 오염시킬 수 있는 원치 않는 입자를 생성할 수 있는 끌리는 케이블이 제거된다.
슬라이드 테이블은 매우 낮은 질량을 가지고 있어 더 빠른 가속 및 감속이 가능하다. 또한 리니어 모터 와 고해상도 인코더는 케이지 크립을 방지하는 통합 랙 및 피니언 기어 세트가 있는 IKO 리니어 베어링 시스템 또는 IKO 비순환 교차 롤러 웨이와 함께 작동할 수 있다.
▲ 케이지 크립 방지 크로스 롤러 방식은 웨이퍼 검사 시스템에 사용되는 광학 부품에 높은 자세와 작동 정확도를 제공하기 위해 테이블 가이드로 사용된다.
이 제품군은 초소형 애플리케이션에 적합한 장치를 포함하여 다양한 크기로 제공된다. 예를 들어, 가장 작은 표준 장치인 NT…V 시리즈는 폭이 38mm에 불과하고 단면 높이는 11mm, 전체 길이는 62mm로 10mm 스트로크가 가능하다.
추력을 극대화하기 위해 두 개의 NT…V 시리즈 장치를 단일 드라이버와 함께 병렬로 배치할 수 있으며, 이를 통해 테이블 지연과 화염 비틀림을 최소화하여 2축 동기화 시스템보다 낮은 비용으로 안정적인 자세 및 위치 정확도를 얻을 수 있다. 축 구성 옵션에는 수평, 스프링 밸런스가 있는 수직, XY 또는 통합 YZ 축이 있다. 또한 단일 축 테이블을 결합하여 맞춤형 다축 솔루션을 구현할 수 있다.
애플리케이션 성공 사례
예를 들어 반도체 제조에서 복잡한 칩 설계와 나노미터 규모의 공정은 결함 감지와 적절한 웨이퍼 배치를 점점 더 어렵게 만든다. 최첨단 광학 및 X선 구성 요소는 이러한 웨이퍼 검사 과제를 해결하는 데 매우 중요하지만, 부정확한 위치 지정으로 인해 측정 결과가 달라질 수 있다. 그러나 적절하게 지정된 리니어 모터 위치 지정 테이블은 재현 가능한 실행 정확도와 뛰어난 속도 안정성을 제공할 수 있다.
이동 테이블 가이드 역할을 하는 IKO CRWG 시리즈 안티 케이지 크립(anti-cage creep) 교차 롤러 베어링이 장착된 NT…H 시리즈 리니어 포지셔닝 테이블은 광학 검사 시스템의 이동 부분으로 수평으로 사용할 수 있다.
CRWG 제한 스트로크 리니어 모션 가이드는 모든 방향의 부하를 수용하기 위해 직교로 배열된 원통형 롤러가 특징으로, 높은 강성, 최소 마찰 및 조용한 모션을 제공한다. 5초각 자세 정확도, ≤ 1µm 주행 직진성 및 ±0.1µm 반복성을 갖춘 이 조합은 반도체 제조 장비와 관련된 광학 검사 시스템에서 종종 발생 하는 가장 사소한 자세 변화도 처리할 수 있다.
▲ NT...H 시리즈 선형 위치결정 테이블은 1µm 이하의 위치결정 정확도를 제공하며, 세 번의 양방향 스트로크에서 최대 측정 변동으로 테스트했을 때 0.08µm의 위치결정 정확도 재현성을 보여주었다.
다음은 NT Nano 리니어 포지셔닝 테이블을 사용한 성공적인 응용 프로그램의 몇 가지 예이다.
• 하드 디스크 드라이브 제조: 단일 하드 디스크 드라이브를 제조하 려면 광범위한 품질 관리 조치를 포함하지 않고도 전체 조립 빌드를 위한 수천 개의 복잡한 단계가 필요하여 정밀하고 오류 없는 생산이 보장된다. 세계 최대의 하드 디스크 드라이브(HDD) 제조 업체 중 하나가 NT Nano Linear 테이블을 검사 시스템으로 설계 하여 수율을 낮추는 제조 오류를 감지하는 카메라에 초점을 맞춘 다.
제조업체가 수평면과 동일한 운반 중량 용량으로 수직 축에서 테이블을 작동할 수 있는 수단을 원했기 때문에 필요한 경우 XY 축을 Z 축으로 변경할 수 있도록 테이블의 왼쪽에 특수 밸런싱 스프링을 장착했다.
또한 내장형 리니어 가이드의 슬라이드 유닛에 미리 포장된 부드러운 리튬 비누 농축, 저점도 합성 탄화수소 그리 스를 롤링 요소에 제공하여 오래 지속되는 깨끗한 윤활을 제공했 다. 그 결과, HDD 생산 시스템의 필수적인 부분인 매우 정밀하면 서도 컴팩트한 포지셔닝 테이블이 수직 사용에 맞게 맞춤 제작되 었으며, 유지 관리가 간편하고 부정확성이나 어떤 종류의 중단도 허용할 수 없는 애플리케이션에서 최적의 성능을 발휘한다.
▲ NT Nano 리니어 포지셔닝 테이블은 광학 웨이퍼 검사 장비에 재현 가능한 작동 정확도와 뛰어난 속도 안정성을 제공한다.
• 웨이퍼 검사 시스템: 파손된 웨이퍼는 비용이 많이 들기 때문에 웨이퍼 결함 검사 및 계측 장비의 선도적 제조업체는 NT Nano 리니어 포지셔닝 스테이지를 사용하여 웨이퍼의 레지스터 마크를 측정하여 스택하고 정밀하게 정렬할 수 있는 새로운 시스템 내에서 광학 및 X선 구성 요소를 조작한다. 광학 장비는 웨이퍼의 중요한 치수와 필름 두께를 검사하는 동시에 증착 및 에칭 공정 전에 잠재적으로 손상될 수 있는 결함을 식별한다.
▲ LCD 제조 및 픽앤플레이스 시스템은 정밀 리니어 모터 포지셔닝 테이블에 이상적인 애플리케이션이다.
• LCD 제조: 반도체 제조에 사용되는 동일한 기술 중 다수가 LCD 를 제조하는 데 사용되며 동일한 고정밀 모션 제어 요구 사항을 제시한다. LCD 패널에 유리나 필름을 라미네이팅할 때 정밀한 위치 조정이 필수적이다.
• 픽앤플레이스 조립: NT Nano Linear Series의 매우 높은 추력 사양은 픽앤플레이스 작업에 중요한 빠른 가속 및 빠른 감속을 가능하게 한다. 모니터링 소프트웨어는 NT Nano Linear 장치를 프로그래밍하여 변화하는작업 패턴과 스트로크를 관리한다. 이 시리즈의 낮은 단면 높이에 따라 초박형 디자인도 달성할 수 있다.
• 마이크로 가공: 마이크로 레벨의 부품 생산에는 NT Nano Series 포지셔닝 테이블이 제공하는 서브마이크론 레벨의 정확도가 필요하다.
• 의료: NT Nano Series는 제약 산업의 세포 수집 장비, 굴절 수술용 레이저 스캐너 및 다양한 의료 로봇에 사용됐다.
자료제공: IKO(www.ikont.com)
