在半导体设备中，lead screw（丝杆）是一种关键的机械传动部件。
丝杆主要由螺杆和螺母组成。其工作原理是通过旋转螺杆，使螺母沿着螺杆的轴向进行直线运动。在半导体设备里，它可以将电机的旋转运动精确地转换为直线运动。
从功能上看，它起到精准定位的作用。例如在半导体晶圆传输系统中，丝杆能够精确控制晶圆载具的移动位置，保证晶圆在不同工艺站点间的准确定位，使得光刻、刻蚀等加工工序可以在准确的位置上进行。它还可以用于控制一些检测设备的探头移动，从而精确扫描半导体芯片的不同区域，保证检测的准确性。
丝杆还能提供稳定的负载能力。在一些半导体制造的真空环境设备或者需要承受一定压力的工艺设备中，丝杆能够稳定地承载设备的负载，确保设备正常运行。并且，丝杆的精度较高，能够达到微米甚至纳米级别的运动精度，这对于制造高精度的半导体产品来说是非常关键的。
Lead screw主要有以下分类：
按螺纹形式
• 梯形螺纹（Trapezoidal Thread）Lead Screw
• 特点：梯形螺纹的牙型为等腰梯形，牙型角一般是30°或35°。这种螺纹传动效率相对较高，牙根强度好，加工工艺性好，能够承受较大的轴向载荷。
• 应用：常用于传递较大动力的场合，如机床的进给机构、大型机械设备的升降装置等。
• 滚珠螺纹（Ball Screw）Lead Screw
• 特点：在螺杆和螺母之间有滚珠，通过滚珠的滚动来实现运动传递。滚珠丝杠具有摩擦系数小、传动效率高（可达90%以上）、精度高、轴向刚度高的特点，运动时的可逆性好，即可以将旋转运动高效地转换为直线运动，反之亦然。
• 应用：广泛应用于精密机床、工业机器人、半导体设备、航空航天设备等对精度和传动效率要求极高的领域。
• 矩形螺纹（Rectangular Thread）Lead Screw
• 特点：牙型为矩形，其传动效率高，但是牙根强度较弱，螺纹磨损后难以补偿间隙。
• 应用：适用于传力较大、对精度要求不是特别高的简单机械装置，如螺旋千斤顶等。
按精度等级
• 普通精度Lead Screw
• 用于对定位精度要求不高的一般工业设备，如一些简单的物料搬运设备、普通机床的辅助运动机构等，能够满足基本的直线运动传动需求。
• 精密级Lead Screw
• 这种精度等级的Lead Screw主要应用于精密机械加工设备、精密测量仪器、半导体制造设备等。例如，在精密磨床中，精密级Lead Screw能够确保工作台的精确移动，从而保证加工精度。
• 高精度级Lead Screw
• 常用于对精度要求极高的领域，如航空航天设备的姿态调整机构、高端光刻机等半导体高端设备的精密工作台定位系统，这些场合要求微米级甚至纳米级的定位精度。
按材质
• 碳素钢Lead Screw
• 特点：碳素钢成本较低，具有一定的强度和韧性。但容易生锈，耐磨性相对较差。
• 应用：可用于对耐腐蚀性要求不高、载荷不大、精度要求一般的场合，如一些简单的农用机械、普通建筑机械等。
• 合金钢Lead Screw
• 特点：通过在钢中加入合金元素，如铬、钼、镍等，合金钢具有更高的强度、硬度、耐磨性和耐腐蚀性。
• 应用：适用于承受较大载荷、需要较高耐磨性和一定耐腐蚀性的场合，如汽车制造中的部分传动装置、重型机械的关键传动部件等。
• 不锈钢Lead Screw
• 特点：具有良好的耐腐蚀性，能够在潮湿、有腐蚀性介质的环境下工作。同时，不锈钢材质还可以提供较好的外观质量。
• 应用：主要用于食品加工设备、医疗设备、化工设备等对卫生和耐腐蚀性要求高的领域。
半导体设备中 lead screw 丝杆常见故障有：
磨损问题
• 长期使用后，丝杆与螺母的螺纹表面会出现磨损，导致配合间隙增大，影响传动精度和定位精度。如在频繁晶圆传输的设备中，丝杆磨损会使晶圆定位不准确.
• 若设备运行环境恶劣，有粉尘、颗粒等杂质，会加剧磨损，缩短丝杆使用寿命.
润滑问题
• 润滑不足会使丝杆与螺母之间的摩擦力增大，导致传动效率降低，出现爬行现象，影响设备运行的平稳性，在低速进给的半导体工艺设备中，此问题较明显.
• 使用劣质或不合适的润滑油，会使润滑油膜强度不够，无法有效降低摩擦和磨损，还可能导致油液泄漏，污染设备和产品.
精度问题
• 制造和安装过程中的误差，会使丝杆的导程精度、圆柱度等指标不符合要求，影响设备的加工精度和性能。比如光刻设备中，丝杆精度不足会使光刻图案精度下降。
• 设备长期运行产生的振动、冲击等，可能使丝杆发生变形或位移，导致精度丧失.
过载问题
• 若设备设计选型不合理，使丝杆承受的负载超过其额定负载，会造成丝杆变形、损坏，甚至引发设备故障.
• 设备运行过程中出现意外的卡滞、碰撞等情况，会使丝杆瞬间承受过大的冲击力，导致丝杆损坏。
腐蚀问题
• 在一些半导体制造的化学腐蚀环境中，丝杆若未采用合适的防腐材料或防护措施，其表面会被腐蚀，影响丝杆的强度和精度，缩短使用寿命 。
• 若设备使用的冷却液、清洗液等具有腐蚀性，泄漏到丝杆上也会导致腐蚀问题。
噪音和振动问题
• 丝杆与螺母配合不当、间隙过大或过小，会在传动过程中产生噪音和振动，影响设备的稳定性和工作环境.
• 安装基础不牢固、电机平衡不良等，也会导致丝杆在运行时产生振动和噪音.
更换Lead screw时，需注意以下事项：
更换前
• 设备停机与断电：必须先切断设备电源，并确保设备完全停止运转，防止意外启动造成人身伤害和设备损坏.
• 准备合适工具：如扳手、螺丝刀等，确保工具尺寸与Lead screw及相关部件匹配，避免损坏螺丝和零件.
• 清洁工作区：清理设备周围杂物和灰尘，防止其进入设备内部影响性能，并准备好清洁工具和材料，以便在更换过程中随时清洁部件。
• 部件检查与选型：仔细检查新的Lead screw规格、型号与原部件是否一致，包括尺寸、螺距、精度等参数，同时检查其外观有无损伤、缺陷，确保质量合格。
更换中
• 拆卸顺序与方法：按正确顺序拆卸相关部件，如先拆除联轴器、螺母、支架等连接部件，并妥善放置拆下的零件，避免丢失或混淆 。拆卸过程中，不可强行用力拧动螺丝或撬动部件，防止损坏螺纹和零件表面.
• 注意保护部件：避免碰撞、刮擦Lead screw及其他精密部件，防止其表面受损影响精度和性能。对于拆下的零件，若需重复使用，应做好防护，防止沾染灰尘、油污等。
• 安装方向与位置：安装时要确保Lead screw安装方向正确，通常有明确的标记或规定，如螺纹旋向、端部形状等，同时保证其安装位置准确，与其他部件的配合间隙符合要求.
• 拧紧力矩控制：使用合适工具按规定力矩拧紧连接螺丝，力矩过大易导致螺丝变形、断裂或零件损坏，过小则可能造成部件松动，影响设备正常运行 。
更换后
• 调试与检查：更换完成后，先手动盘动Lead screw，检查其转动是否顺畅，有无卡滞、阻力过大等异常情况。然后进行设备试运行，观察Lead screw在运行过程中的状态，检查设备各项性能指标是否恢复正常，如定位精度、运动速度、稳定性等。
• 润滑与保养：根据设备要求，添加适量指定的润滑油或润滑脂到Lead screw及相关部位，以降低摩擦、减少磨损、提高传动效率。此外，还需制定定期保养计划，加强对Lead screw的日常维护和检查，及时发现和处理潜在问题，延长其使用寿命.
以下是一些Lead screw的制造厂家：
• Del-Tron Precision, Inc.：位于美国康涅狄格州贝塞尔，成立多年，生产和供应各种自动化设备及滚珠丝杠致动器等产品，其工程师设计的滚珠丝杠精度极高，可提供定制服务.
• Tusk Direct, Inc.：同样位于美国康涅狄格州贝塞尔，在滚珠丝杠制造方面表现出色，可当日发货，技术人员能根据客户特定要求设计产品.
• Dynatect Manufacturing, Inc.：位于美国威斯康星州新柏林，有70多年历史，为众多市场提供运动控制解决方案，其滚珠丝杠可定制，还能对其他厂家的滚珠丝杠进行逆向工程、优化和维修，所有工作都在通过ISO 9001:2015认证的现代化工厂中进行.
• Robert's Ball Screw Repair Services Inc.：位于美国密歇根州莱斯利，在滚珠丝杠的维修、更换和新制造方面经验丰富，可定制各种高质量的丝杠产品，如梯形丝杠、公制滚珠丝杠等，并为库存产品提供当日发货服务.
• Thread-Craft, Inc.：1958年成立于美国密歇根州斯特林高地，是螺纹磨削、机械加工和滚珠丝杠领域的世界领先者，产品制造精确且具成本效益，还能设计、制造和维修定制滚珠丝杠.
• Bosch Rexroth Corporation：总部位于德国，在全球具有广泛影响力，拥有超百年历史，是创新驱动和控制技术的领先供应商，其Lead screw产品质量高、性能可靠，广泛应用于各类工业领域.
• IGW伊和起株式会社：日本著名的滚珠丝杆品牌，产品精度高、可靠性强，广泛应用于半导体等精密工业，且交货期短、价格较同类产品低.
• Steinmeyer：德国品牌，其微型滚珠丝杠可用于光学半导体等行业，具有高线性精度，可提供精度等级为P0-P5的磨削滚珠丝杠.
• PMI银泰：台湾品牌，其滚珠丝杆在恒温室做精密加工、研磨等，精度高，在半导体设备领域有应用.
• CSK：源自台湾技术，其直线导轨和滚珠丝杆行走精度高，可用于半导体设备等领域.
国内厂家
• 无锡市藕塘冷轧丝杆厂：位于江苏无锡，产品有丝杆、螺杆、螺母等，可用于半导体设备.
• 惠山区洛社镇强进丝杆加工厂：地处江苏无锡，主要生产空心丝杆、梯形丝杆等，能为半导体行业提供相关丝杆产品.
• 海盐县秦山镇阿明丝杆厂：在浙江海盐，主营牙条、地脚螺栓、双头丝杆等，其丝杆产品可应用于半导体生产.
• 南靖长青精密丝杆制造有限公司：位于福建南靖，专业生产梯形丝杆及配套螺母，产品用于半导体芯片设备等领域.
• 泱盛精密元件(东莞)有限公司：位于广东东莞，主要生产滚珠导丝杆、精密丝杆花键等，供应半导体设备等.
• 雷迪克：收购狄兹精密后，加码人形机器人核心丝杠领域，其产品可用于半导体等领域，具有高精度等特点.
