솔루션

복잡 형상의 ‘나노 단위 미세 가공’으로 생산성과 품질을 동시에 향상
서브마이크론 초고속 미세 가공
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과제

고도화되는 제조 환경에 대한 대응

소비자 니즈의 다양화와 제품 수명 주기의 단축으로 인해, 모바일 단말기를 비롯한 다양한 디지털 기기는 더욱 고기능화·소형화·박형화되는 방향으로 발전하고 있습니다. 이에 따라 탑재되는 반도체 패키지와 전자부품의 제조 공정에도 큰 변화가 일어나고 있습니다.

이러한 시장 변화에 대응하기 위해, 지금까지는 구현하기 어려웠던 수준의 복잡 형상에 대한 ‘나노 단위 미세 가공’ 기술이 요구되고 있습니다.


여기서 핵심이 되는 요소는 다음 두 가지입니다.

1) 고정밀 미세 가공을 구현하기 위한 초고속 사이클 및 동기 제어 기술

2) 장비 사양에 맞춰 주변 기기와 유연하게 조합할 수 있는 높은 시스템 구성 자유도

해결책

생산성 향상의 핵심은 높은 가공 품질과 작업량의 양립

제조 장비와 검사 장비의 진화 과정에서, 고정밀 미세 가공을 구현하는 높은 가공 품질과 높은 스루풋을 동시에 달성하는 것이 중요한 과제로 떠오르고 있습니다.


이를 위해서는 장비 제어의 핵심인 머신 컨트롤러의 처리 성능 향상뿐만 아니라, 장비 사양에 최적화된 주변 기기(센서 및 액추에이터)와의 적절한 조합, 그리고 장비 성능을 최대한으로 끌어낼 수 있는 제어 알고리즘을 자유롭게 구현할 수 있는 유연성이 필수적입니다.


오므론은 초고속 연산 성능, 다양한 주변 기기와의 멀티벤더 연결성, 그리고 임베디드 소프트웨어의 높은 자유도를 구현한 머신 컨트롤러를 통해, 높은 가공 품질과 스루풋을 동시에 실현함으로써 생산성 향상에 기여합니다.

오므론이기에 가능한 기술

초정밀·초고속 모션 동기 제어 성능과, 창의적인 아이디어를 구현할 수 있는 높은 자유도를 동시에 갖춘 컨트롤러

초고속 연산 성능(최속 16.6μs/축~), 주변 기기의 멀티벤더 접속 지원, 그리고 임베디드 소프트웨어의 높은 확장성. 이 세 가지 특징을 갖춘 것이 바로 모션 컨트롤러 PMAC*입니다.

PMAC이 지닌 뛰어난 성능은 XY 스테이지, 갈바노 스캐너, 레이저 출력까지 모든 요소를 통합·집중 제어하는 것을 가능하게 합니다.


*PMAC: Programmable Multi Axis Controller의 약칭

해결을 위한 구현 방안

두 개의 기구를 하나의 컨트롤러로 동기 제어

1) 50μs/8축 제어 사이클로 구현하는 고속 동기 제어

초고해상도 리니어 스케일의 검출값을 실시간으로 피드백해 리니어 모터를 풀 클로즈드(Full-Closed) 방식으로 제어할 수 있습니다.

궤적 정밀도에 가장 큰 영향을 미치는 제어 사이클(서보 사이클)을 50μs/8축으로 구동함으로써, XY축 간의 정밀한 동기 제어를 실현합니다.

또한 위치·속도·토크·전류에 대한 풀 클로즈드 제어 등 다양한 서보 알고리즘을 탑재하고 있어, 사용자가 소프트웨어 설정을 자유롭게 구성할 수 있습니다.

이를 통해 장비 사양에 최적화된 모션 제어 시스템을 구축할 수 있으며, 병목 공정을 고속화하여 장비의 전체 처리량(Throughput) 향상으로 이어집니다.

50μs/8축 제어 사이클에서 고속 동기화

궤적 속도와 레이저 출력을 동기화해 조사량을 일정하게 유지

2) 균일한 가공 품질 구현

레이저 가공에서 발생하는 가공 불균일은 실제 가공 궤적 속도의 변화에서 비롯됩니다.

레이저의 벡터 속도에 동기화해 출력 파워를 제어함으로써 조사량을 일정하게 유지할 수 있습니다. 이를 통해 가공 시작·종료 지점이나 코너부에서 발생하기 쉬운 탄화(그을림)를 방지합니다.

또한 부분적인 과열로 인한 워크의 뒤틀림을 억제하여, 보다 이상적인 가공 품질을 실현합니다.

하나의 궤적 명령을 갈바노 제어와 스테이지 제어로 분할

3) 단일 궤적 명령으로 통합 제어

오므론의 ‘Spectral Decomposition(스펙트럴 분해)’ 기술은 XY 스테이지와 갈바노의 동작을 동기화합니다.

가공하고자 하는 궤적 프로그램을 실행하면, 해당 명령이 자동으로 XY 스테이지용 명령과 갈바노용 명령으로 분배되어 각각 개별적으로 동작합니다. 넓은 범위의 이동은 스테이지가 담당하고, 고응답이 필요한 미세 동작은 갈바노에 할당되어 두 기구가 하나의 궤적을 함께 구현합니다.

이를 통해 스테이지를 정지시키지 않고도 연속 가공이 가능하며, 고속이면서도 이음매 없는 가공을 실현할 수 있습니다. 결과적으로 생산성과 가공 품질의 균일성을 동시에 달성할 수 있습니다.

1 궤적 지령으로 컨트롤