随着信息技术和半导体行业的不断发展，硅片制造设备的需求也在逐渐增长。埃森·迈尔 Essen Mayer（化名，以下简称：埃森）是一家专注于硅片制造设备的装备提供商，致力于研发、设计、制造、销售各类硅片加工设备。他们最近着手研发了一款高性能硅片涂胶机，而在这一挑战性项目中，科尔摩根的电机解决方案发挥了关键作用。
客户背景
埃森成立于本世纪初，专注于硅片加工设备领域。他们的产品涵盖了单晶圆及槽式湿法清洗设备、电镀设备、无应力抛光设备、立式炉管设备、前道涂胶显影设备以及PECVD设备等。除此之外，他们还不断创新，于2019年开始研发8吋硅片匀胶设备，随后在2021年推出了更具挑战性的12吋硅片干法匀胶设备。
机器设计需求
需求严苛 极具挑战
硅片涂胶机在半导体制造中扮演着关键的角色。在硅片被清洗和切割后，涂胶机用于在硅片表面均匀涂覆一层匀胶，以准备进行后续的光刻或刻蚀加工。它的核心是一个可吸附并高速旋转的加工台，硅片通过真空负压被牢固吸附在涂胶加工座上，借助高速旋转的离心力将匀胶均匀分布到硅片表面。为满足这一要求，涂胶加工座的旋转必须采用中空电机直接驱动。
为了确保涂胶质量和设备运转的稳定性，埃森对这款硅片涂胶机加工座的旋转提出了诸多高规格的要求：
- 旋转加工座需要在旋转时实现高达6,000 RPM的转速和30,000 RPM/s的加速度，同时速度波动需控制在小于±1 RPM，加工座在旋转时的轴向抖动也需保持在小于 ±10 μm 的范围内。
- 旋转加工座的旋转轴需要采用磁流体密封，以确保硅片在高速旋转时可以通过真空负压牢固吸附。
- 设备内部的空间相当狭小，要求封装好的加工座电机轴向高度不超过120mm；
- 电机需要采用水冷散热方式，以避免高速旋转时电机温升对涂胶质量造成影响。
而面对如此严苛的设计需求，埃森为测试样机预留的交付时间却仅有 3个月。
方案与服务
专属方案，高效创造
尽管之前没有与科尔摩根团队合作过，但埃森对科尔摩根在电机设计制造及运动控制领域的专业技术能力有所了解。当埃森的涂胶机项目提出了高度定制化性能需求和紧迫的样机交付周期后，他们主动联系了科尔摩根。科尔摩根在初步交流后，为埃森的研发项目提供了坚实的支持。
科尔摩根及其集成商合作伙伴基于KBM无框力矩电机为这台涂胶机加工台量身打造了一套独特的定制化电机解决方案，将KBM这款中空直驱电机嵌入旋转加工座，并为电机设计了专门的磁流体密封和水冷装置。
标准的KBM系列电机采用 220VAC 供电，可提供高达9,500RPM的转速，确保加工台运转达到所需的高转速。。其独特的全密封定子绕组设计，能够以极小的体积尺寸实现较大的转矩输出，在帮助实现转台的高加速和高动态响应的同时，还灵活的适配了紧凑的设备安装空间。而转子磁体的自动防故障频带特性以及高达24位的高分辨率绝对值反馈，则是电机运转时极低速度波动的有力保障。
KBM电机定转子的标准化、体系化加工工艺，使得产品精度尤其是无框电机的定转子，在尺寸配合上的一致性达到出色水平。集成商与用户可以在很短的时间内完成设备工位内电机的封装，无需进行二次修正即可达到较高的精度指标，确保高速旋转时较低的轴向跳动。不仅满足应用需求，还极大缩短了设备调试的交付周期。
而定制化的设计则将KBM电机嵌入旋转加工座，与之封装融为一体，为用户提供了端到端的电机解决方案：
- 轴向抖动封装的一致性，缩短参数配置调试周期
- 专门设计的磁流体密封，确保了电机具备较高的轴端密封性能
- 内部集成的水冷装置，有效地降低电机高速旋转时产生的温升
动力系统方面，科尔摩根的KBM电机搭配了AKD系列驱动器，具有极高的响应特性，电流环带宽可达4,000Hz，速度环带宽高达1,000Hz，位置环带宽可达250Hz，数据刷新速率达1.5MHz。这样一来，电机的速度控制就有了非常精准强劲的控制动力。
本地支持 高效快捷
不仅如此，科尔摩根的本地化服务给埃森的研发带来了快捷的项目进程和较短的交付周期
基于本地专业集成商团队的定制化电机设计和封装整合，结合KBM电机的本地化工厂生产和供应链体系，不仅确保了较短的产品交付周期，还使得项目从用户需求、到方案提供、再到测试反馈的沟通和响应路径更短，且团队协作更为高效，这有利于新设备的按时发布甚至提早上市。
另外, 科尔摩根团队还基于自身在运动控制以及电机制造行业的经验，为设备机械系统的加工和组装的一致性提供了多项建议和改进方案，这不仅有效的提升了设备整体性能和产品制造质量，还帮助用户提升了设备综合研发与测试的能力。
客户收益
应用创新 设备升级
基于科尔摩根提供的无框技术解决方案，埃森的涂胶机在各项参数上实现得了显著的性能表现，如：
- 涂胶机旋转工作台的最高转速可达 9,000 RPM 以上，速度波动 < ±1 RPM
- 同时它还具备高达 30,000 RPM/s 的加速能力
- 并且在高速旋转时的轴向抖动 < ± 3μm
- 针对用户提出的包括高速度、高加速度、高稳定性、磁流体密封、水冷散热...等在内的多项定制化需求，最终交付的电机在外型尺寸上十分紧凑，其轴向高度仅为 115mm，可轻松适配设备
不仅如此，在确定应用需求后，科尔摩根团队仅用3个月的时间，就完成了电机原型机的设计和交付，并于之后的一周对设备样机进行了测试。
高度赞誉，深化合作
该项目组于2019年开始研发8吋硅片涂胶设备，2021年开始研发12吋硅片涂胶设备，目前，该款涂胶机已进入小批量样机测试阶段，预计将于2024年初投放市场。
通过与科尔摩根的合作，埃森成功解决了硅片涂胶机项目中的多重挑战，取得了显著的机器性能。科尔摩根的电机解决方案不仅满足了高性能要求，还提供了紧凑的尺寸和本地化支持。这次成功的合作为未来的项目合作和市场扩展奠定了坚实的基础。同时，科尔摩根的定制化电机产品也将在其他领域和项目中发挥重要作用，例如：
对于涂胶机应用，除了面向高性能需求的KBM系列无框力矩电机方案，科尔摩根还能为通用型设备提供其新款TBM2G系列无框力矩电机，由于尺寸更为紧凑、功率密度更高、速度精度特性更佳，结合其4,500RPM的转速级别，它非常适合应用于一些改造升级型项目和有着标准化、紧凑型、经济性需求的设备。
埃森对科尔摩根的产品和服务表示高度满意。他们认为科尔摩根的电机解决方案在性能、质量和交付周期方面均远超预期。埃森团队非常赞赏科尔摩根的专业能力和支持，愿意将科尔摩根品牌推荐给合作伙伴，并期待双方未来更深度的合作，共同参与各类设备的开发设计、迭代更新。
