מד-שיפוע דו-צירי ברזולוציה של ±0.002 מעלות

חברת שגב טכנולוגיות פיתחה מערכת מד-שיפוע תעשייתית דו-צירית המבוססת על החיישן Murata SCL3400-D01 (ממשק SPI דיגיטלי) לצורך יישור משטחי ווייפר מדויקים במיוחד במפעל ייצור מוליכים למחצה מהגדולים בעולם. המעבד במערכת (nRF52 Cortex-M4) קולט את נתוני השיפוע ישירות מה-Murata SCL3400-D01, מבצע סינון דיגיטלי וקומפנסציה לטמפרטורה ולסטייה בין הצירים, ומשדר את הזוויות המעובדות באמצעות BLE בתדר 2.4 GHz המובנה אל יחידת תצוגה/בקרה מרוחקת (nRF52), אשר מנהלת את ממשק המשתמש הקדמי ואת ההדמיה המוצגת בתמונות. המערכת מזרימה באופן רציף את ערכי הזווית בצירים X/Y בזמן אמת, ומספקת למפעילים פונקציות של איפוס (Zero) והחזקה (Hold) לתפעול מדויק בתהליך הייצור. ניתן גם לשמור היסטוריה של זוויות על כרטיס SD מובנה במערכת.

• רעש אפקטיבי: ‎0.0008–0.0012°‎ RMS ברוחב פס ‎0.3–0.5 Hz‎

• חזרתיות (Repeatability): ‎±0.002°‎ (3σ, יציבות במשך 10 דקות)

• סחיפת טמפרטורה (לאחר כיול): ‎±0.003–0.005°‎

תצורת חיישן. המערכת פועלת במצב Mode A (‎±30°‎, מסנן מעביר-נמוכים 10 Hz) כדי למקסם את יחס האות לרעש (SNR) בעת מדידת זוויות קטנות בסביבת אפס. הנתונים הגולמיים (בקצב דגימה של ‎2 kHz ODR) עוברים דילול ל-200 Hz, ולאחר מכן סינון באמצעות מסנני bi-quad מדורגים להשגת רוחב פס אפקטיבי של ‎0.3–0.5 Hz‎ — פשרה המעניקה זמן התייצבות של כ-1–3 שניות בתמורה לרעש נמוך מתת-מילי-מעלה. יחידת התצוגה מחשבת את זווית הנטייה באמצעות פונקציית arctan2 ומציגה הן את הערכים החיים והן את הערכים הממוצעים. (חיישן SCL3400 תומך בטווחים ‎±30°@10 Hz‎ ו-‎±90°@40 Hz‎; קצב דגימה ‎ODR = 2 kHz‎.)

תכנון מכני — מה מאפשר דיוק של ‎0.002°‎ בתוך סביבת ייצור שבבים (Fab)

השגת ביצועים בדיוק של אלפיות מעלה בסביבה פעילה של מפעל מוליכים למחצה דרשה השקעה זהה הן בצד המכני והן בצד האלקטרוני:

• מבנה אלומיניום מונוליתי (CNC, דופן עבה) — מספק קשיחות תרמית ומכנית גבוהה, ומקטין הבדלי טמפרטורה על פני חיישן ה-MEMS וה-PCB. השקע סביב התצוגה מגביל זרמי אוויר מעל פתח ה-LCD ומייצב את הקריאה.
• התקנה על מישור ייחוס מדויק (Datum Plane Mounting) — בסיס המכשיר מושחז ומצופה אנודייז קשה; תבנית הברגה תלת-נקודתית עם ברגי M3 בהידוק מומנט מבוקר מבטיחה ייחוס חוזר מדויק. על המכסה חרוטות מסגרות X/Y בלייזר, ליישור מושלם של צירי החיישן עם שולחן הוופר.
• בידוד מרעידות מיקרו — שכבת אלסטומר בעלת דפורמציה נמוכה מסננת הרמוניות בתדר גבוה שמקורן ברצפה או במערכות האוורור, תוך שמירה על הצימוד המכני בתחום התדרים הנמוך ‎0–1 Hz‎ (תחום המדידה שלנו).
• שמירה על ניקיון כבלים ו-RF — מעבר כבלים מוגן ושדה RF ממוסך בקצה ה-PCB (עבור רכיבי ה-nRF/MCU) מונעים הפרעות אלקטרומגנטיות ממנועי הבמה; אסטרטגיית ההארקה שומרת על קו הייחוס של חיישן ה-MEMS נקי משדות רעש.
• ניהול תרמי חכם — תא הסוללות מבודד תרמית; רכיבים פנימיים ממוקמים כך שיימנעו נקודות חמות מתחת ל-SCL3400. בנוסף, האטנו את חילופי האוויר בתוך המארז באמצעות אטמים סביב התפרים, כדי לצמצם קפיצות טמפרטורה קונבקטיביות בעת פתיחת דלתות.