基于PLC控制技術(shù)的芯片測(cè)試分選機(jī)

陳志峰

[摘? ? 要]隨著我國(guó)科技的不斷進(jìn)步，IC芯片技術(shù)也廣泛運(yùn)用于各個(gè)領(lǐng)域中。在電子集成度日益提高的背景下，各個(gè)產(chǎn)業(yè)對(duì)IC芯片的需要量愈來(lái)愈大，而IC芯片質(zhì)量的優(yōu)劣又極大地影響著電子的制作品質(zhì)，所以對(duì)于IC芯片的檢測(cè)分選一直是電子產(chǎn)品生產(chǎn)過(guò)程中不可忽視的重要環(huán)節(jié)。文章基于PLC控制技術(shù)的芯片測(cè)試分選機(jī)進(jìn)行分析，希望能為相關(guān)工作人員提供參考。

[關(guān)鍵詞]PLC控制技術(shù);芯片;測(cè)試分選機(jī)

[中圖分類號(hào)]TP273 [文獻(xiàn)標(biāo)志碼]A [文章編號(hào)]2095–6487（2021）12–00–02

Chip Test Sorting Machine Based on PLC Control Technology

Chen Zhi-feng

[Abstract]With the continuous advancement of my country's science and technology， IC chip technology is also widely used in various fields， and in the current era of increasing electronic integration， the demand for IC chips in various industries is increasing， and the quality of IC chips is increasing. The pros and cons greatly affect the quality of electronic production. Therefore， the detection and sorting of IC chips has always been an important link that cannot be ignored in the production process of electronic products. Analysis and discussion， hoping to bring new ideas for the relevant staff.

[Keywords]PLC control technology; chip; test sorting machine

因?yàn)镮C芯片體積小便于攜帶，所在各個(gè)行業(yè)得到了廣泛應(yīng)用。在生產(chǎn)過(guò)程中，若使用人工進(jìn)行檢測(cè)分選工作時(shí)，易產(chǎn)生漏檢或誤檢，嚴(yán)重影響了工業(yè)產(chǎn)品的制造合格率，同時(shí)也增加了勞動(dòng)成本，使檢測(cè)及分選工作的效能降低。而采用PLC控制和觸摸屏操作的檢測(cè)分選機(jī)測(cè)量精度較高、人機(jī)界面設(shè)計(jì)良好、工作可靠性較強(qiáng)，大量運(yùn)用在工業(yè)產(chǎn)品中，大大提高了制造工作效率。因此，在PLC控制技術(shù)背景下的芯片測(cè)試分選機(jī)進(jìn)行討論是非常有意義的。

1 相關(guān)概念概述

1.1 PLC控制

PLC控制器是在序列控制設(shè)備的工藝技術(shù)基石上融入了現(xiàn)代微信息技術(shù)、電子計(jì)算器、自動(dòng)控制系統(tǒng)，以及通信等所產(chǎn)生的又一批新興工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程控制設(shè)備。其目的是代替?zhèn)鹘y(tǒng)繼電器控制開關(guān)、執(zhí)行邏輯門、記時(shí)間、計(jì)算等傳統(tǒng)順序控制功能，從而形成了更加柔性的遠(yuǎn)程控制設(shè)備。其具備通用度強(qiáng)、應(yīng)用簡(jiǎn)便、自適應(yīng)范圍廣、可信度高、抗干擾力量強(qiáng)、程序簡(jiǎn)便等優(yōu)勢(shì)。

PLC內(nèi)部工作模式通常都是使用循環(huán)掃描工作模式，但在部分PLC中添加了間歇工作模式。在使用者需要將用戶程序調(diào)試工作結(jié)束之后，使用程序設(shè)計(jì)器將其程式載入PLC內(nèi)存中，同時(shí)將現(xiàn)場(chǎng)的輸入輸出信號(hào)與被控制器中的執(zhí)行元件，對(duì)應(yīng)的聯(lián)系到輸入輸出模塊的輸入端與輸出模塊的輸出端，然后將PLC管理工作方式選擇為執(zhí)行工作方法，而以后的管理工作也將由PLC進(jìn)行用戶程序去進(jìn)行。

1.2 芯片測(cè)試分選機(jī)

IC芯片在進(jìn)行加工制作的工序之后，還必須一一加以測(cè)試與分級(jí)，將芯片分類存放有助于芯片的合理利用。測(cè)試分類機(jī)是將已通過(guò)預(yù)定生產(chǎn)工藝制造的半導(dǎo)體設(shè)備電連接于測(cè)量裝置并且依照測(cè)量結(jié)果，將半導(dǎo)體設(shè)備分級(jí)的裝置。

當(dāng)人們?cè)趯?duì)芯片檢測(cè)后，傳統(tǒng)的分類方式是靠人工分類存放的。其不但工作效率較低，還易出現(xiàn)錯(cuò)誤。目前PLC控制技術(shù)中已有自動(dòng)化檢測(cè)分選機(jī)，包含能把堆疊的實(shí)料盤逐一分開的上料實(shí)托盤分離輸入設(shè)備以及料船模組設(shè)備。

2 分選機(jī)與測(cè)試系統(tǒng)通信原理

由分類機(jī)發(fā)出起始檢測(cè)信息（STARTOFTEST）給檢測(cè)控制系統(tǒng)，檢測(cè)控制系統(tǒng)接收到分類機(jī)發(fā)來(lái)的SOT信息后進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)完成后把終止檢測(cè)信息（END OF TEST）反饋給分類機(jī)。分選機(jī)在接受到測(cè)量控制系統(tǒng)反饋的EOT信息之后再次傳輸SOT信息給測(cè)量控制系統(tǒng)，這樣循環(huán)往復(fù)。

目前，在電子行業(yè)中使用的IC芯片分選和檢測(cè)主要有2種方式：①將檢測(cè)和分選兩種過(guò)程在同一個(gè)裝置上同時(shí)進(jìn)行，該方法設(shè)備動(dòng)作速度慢，生產(chǎn)率也較低：②在一個(gè)裝置上同時(shí)進(jìn)行檢測(cè)過(guò)程，然后再通過(guò)所檢測(cè)到的芯片特征參數(shù)信息，將其記錄下來(lái)并傳輸?shù)搅硪粋€(gè)裝置上進(jìn)行分選，這種工作方法設(shè)備分選速率較快，分選效率得到了一定提高，但該種方法會(huì)造成數(shù)據(jù)在傳遞的過(guò)程中產(chǎn)生誤差。

IC晶片分選機(jī)的分選流程，一般可以分成2個(gè)過(guò)程：晶片參數(shù)測(cè)試和晶片類型劃分。先將待檢測(cè)的芯片置于一高頻率振動(dòng)盤中，即分選機(jī)的輸出機(jī)構(gòu)，芯片在高頻震蕩下進(jìn)入芯片輸出槽，然后再把芯片送入測(cè)量裝置中，并檢測(cè)芯片的某些參數(shù)（如電壓、波長(zhǎng)等），進(jìn)而根據(jù)上述技術(shù)參數(shù)將芯片分成多種不同的類型。在對(duì)芯片參數(shù)測(cè)量完畢后，利用氣壓泵的氣體壓力將芯片吹進(jìn)玻璃導(dǎo)料管，同時(shí)測(cè)量機(jī)構(gòu)上的積分球產(chǎn)生的電信號(hào)也進(jìn)行分類動(dòng)作。因此，芯片參數(shù)檢測(cè)是整個(gè)集成電路芯片分類過(guò)程中最重要的過(guò)程之一。當(dāng)檢測(cè)站檢測(cè)后確認(rèn)IC芯片為某型號(hào)時(shí)，通過(guò)分揀機(jī)制最終分配給專用接收設(shè)備。整個(gè)檢測(cè)機(jī)構(gòu)固定在分揀機(jī)的分揀平臺(tái)上，所有預(yù)載作用于檢測(cè)機(jī)構(gòu)上的回位彈簧機(jī)構(gòu)，閥彈簧機(jī)構(gòu)負(fù)責(zé)左臂和右手的回位，將左臂和右手置于支撐板導(dǎo)軌上，由伺服電機(jī)推動(dòng)的凸輪旋轉(zhuǎn)，在凸輪機(jī)構(gòu)兩側(cè)由二個(gè)水平方向放置的軸承相互聯(lián)系，滾動(dòng)支座分別與左臂和右手通過(guò)銷軸相連，而探測(cè)器組件則與左臂通過(guò)固定相連，最終伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)推動(dòng)了探測(cè)器組件的相向運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而導(dǎo)致了探測(cè)器和芯片之間的直接接觸，從而通電。

3 測(cè)試分選機(jī)的主要組成部分

測(cè)試分揀機(jī)主要由三維視覺針測(cè)試模塊、標(biāo)記檢測(cè)模塊、旋轉(zhuǎn)柔性吸持模塊、振動(dòng)供給模塊、氣軌物料輸送模塊、激光打標(biāo)模塊等組成。

工作流程為：通過(guò)氣軌送料模塊系統(tǒng)，利用穩(wěn)定氣體將IC芯送至振動(dòng)盤，利用振動(dòng)盤的高頻振動(dòng)增加芯片序列蠕變，并向前移動(dòng)至旋轉(zhuǎn)智能吸料怪物捕捉機(jī)構(gòu)，完成三維視覺針測(cè)試、標(biāo)記測(cè)試、激光打標(biāo)、電氣性能測(cè)試等，在測(cè)試過(guò)程中，如果有不合格品，將通過(guò)分級(jí)機(jī)制過(guò)濾出不良品。

3.1 三維視覺管腳檢測(cè)模塊

視覺系統(tǒng)中提供了兩種工位分別檢查2D和3D圖片的采集。2D檢查則是利用漫反射板對(duì)光的漫反射技術(shù)，將光源直接投射到晶片上，之后再由攝像頭捕獲棱鏡在反光的物體前方。至于3D檢查系統(tǒng)，則是由相機(jī)直接抓取棱鏡所反射的側(cè)邊，進(jìn)而通過(guò)對(duì)目標(biāo)圖片進(jìn)行邊界抽取以及輪廓追蹤等的方法獲得，通過(guò)匹配識(shí)別確定芯片引腳的數(shù)量和位置。利用定位信息，可以判斷每個(gè)銷的寬度、高度和距離等技術(shù)參數(shù)，而通過(guò)數(shù)量信息則能夠確定出還沒有斷掉的管腳。利用三維視覺和管腳測(cè)量模塊將所測(cè)量的信號(hào)經(jīng)過(guò)RS-485傳遞給PLC。

3.2 氣軌送料模塊

氣軌道給模塊一般分為軌體、軌槽、空腔、進(jìn)氣空腔、滑槽、阻流板等。其中有軌槽、電子元件在軌體上移動(dòng)，軌體下有空腔與軌體上空腔相連的進(jìn)氣口，以及多個(gè)相互平行并連接在軌道槽中的傾斜槽。進(jìn)氣室和溜槽之間的中心有一個(gè)阻流板。阻風(fēng)門板可用于調(diào)整進(jìn)氣口方向，合理分流進(jìn)氣口，防止氣體從最近的地方直接吹出斜槽。工作時(shí)，首先將IC芯放入軌道槽中，用壓縮空氣斷路器從進(jìn)氣口直接進(jìn)入軌道腔，然后從每個(gè)滑槽中吹出。通過(guò)均勻分布的氣體引導(dǎo)晶圓以懸浮方向移動(dòng)，減少晶圓與軌道之間的相互影響，從而延長(zhǎng)軌道的使用壽命，也降低晶圓運(yùn)輸過(guò)程中的損壞率。

3.3 振動(dòng)進(jìn)料模塊

振動(dòng)式進(jìn)料模塊系統(tǒng)使用的內(nèi)螺旋導(dǎo)軌振動(dòng)類型。內(nèi)螺桿震動(dòng)盤是一種外凹的圓盤體，盤身上有內(nèi)螺桿軌跡，外端設(shè)有一條溝槽，將輸出平臺(tái)安裝在溝槽內(nèi)。工作時(shí)，利用電子振蕩驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的高頻振蕩，將晶片順著震動(dòng)盤內(nèi)螺桿導(dǎo)軌按整列順序前行至輸出平臺(tái)，由輸入平臺(tái)將排好的晶片送入下一道工位。

3.4 旋轉(zhuǎn)吸盤抓取模塊

螺旋吸盤分為定位盤、上閥體、下閥體、吸嘴、通孔、轉(zhuǎn)盤等。轉(zhuǎn)盤包含下閥體，上閥體包含在下閥體的上表面。其位置盤位于上閥體的頂部。通過(guò)位置盤與上閥體之間的閥簧，上閥體與下閥體按軸向長(zhǎng)度逐漸擰緊，并在下閥體周圍均勻布置多個(gè)進(jìn)氣口，下進(jìn)氣口通過(guò)吸氣嘴與吸氣管連接。在上部閥體中，有一個(gè)小孔，與下部氣孔相對(duì)。通過(guò)調(diào)整，電磁閥同時(shí)也實(shí)現(xiàn)了上吸嘴的抽、放氣芯片等功能，當(dāng)電磁控制閥開啟時(shí)，上旋鈕移動(dòng)，而下閥體轉(zhuǎn)動(dòng)，上閥體時(shí)也保持不轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)過(guò)貫穿的孔與氣洞正對(duì)時(shí)，吸嘴仍然可以吸住晶片，但當(dāng)穿過(guò)孔與氣洞正好不對(duì)時(shí)，因?yàn)榕c其他氣洞之間的空隙遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于氣洞本身的孔徑，在真空泵的助力下，吸嘴仍然能夠吸住晶片，并且轉(zhuǎn)盤還能夠驅(qū)動(dòng)晶片切換不同的測(cè)試工位，從而實(shí)現(xiàn)了各種測(cè)試。

4 電氣控制

整體控制系統(tǒng)的重要就是要使各個(gè)部門配合工作，所以整體管理系統(tǒng)的電氣控制部門也是非常重要的。芯片測(cè)試機(jī)的主體控制單元選用了三菱FX3U系列單片機(jī)PLC，PLC首先提供激勵(lì)信息并對(duì)傳輸出去的信息進(jìn)行管理，控制系統(tǒng)所有部門均配合工作。

5 硬件設(shè)計(jì)

在硬件設(shè)計(jì)時(shí)，使用了三菱48新型晶體管PLC作為控制臺(tái)。FX是上海三菱電器有限公司出品的全新產(chǎn)品，性能穩(wěn)定，自帶兩路輸入信號(hào)電位儀，8000步RAM的存儲(chǔ)能力，同時(shí)還可以接入各種擴(kuò)充功能模塊，包括特別的功能模組。晶體管型主控單元，可以同步輸出2點(diǎn)100 kHz脈沖。同時(shí)設(shè)置有7條獨(dú)特的定位命令，包含零返回、絕對(duì)及相對(duì)位置的表達(dá)方式和特定脈沖電路輸出限制命令，通過(guò)三菱256色的5寸觸摸屏人機(jī)交互界面，通過(guò)RS232和PLC實(shí)現(xiàn)通信，并且還可以即時(shí)監(jiān)測(cè)設(shè)備的工作狀況。PLC控制器一般分為電源模塊、操控輸入模組、操控傳輸模塊三部分，其中電源模塊的主要應(yīng)用范圍包括設(shè)備控制器開關(guān)量輸入電源、芯片存儲(chǔ)輸出裝置和給料裝置控制器電源及其電磁閥開關(guān)電源等，操控輸入模組包含25個(gè)開關(guān)量輸入點(diǎn)，工程設(shè)計(jì)控制器按鈕、方式轉(zhuǎn)換開關(guān)、限位開關(guān)和光電開關(guān)等輸入輸出元器件和相關(guān)線路;操控傳輸模塊包含25個(gè)開關(guān)量輸出點(diǎn)，設(shè)計(jì)包括設(shè)備控制器接口及其說(shuō)明燈、電磁控制器和真空電磁閥等入口及輸出元器件。

6 軟件設(shè)計(jì)

PLC是對(duì)整個(gè)系統(tǒng)控制的核心設(shè)備，在利用系統(tǒng)初始化過(guò)程中將二個(gè)步進(jìn)電機(jī)A、B復(fù)位工作后，再將PLC中內(nèi)置的相關(guān)寄存器、計(jì)量器等設(shè)備進(jìn)行復(fù)位。因?yàn)榻?jīng)過(guò)芯片測(cè)試后的分選機(jī)工作時(shí)處于快節(jié)奏工作狀態(tài)，可能會(huì)出現(xiàn)卡料或者其他的錯(cuò)誤情況，所以人們就在程序中設(shè)置了各種報(bào)警功能，這樣通過(guò)MCGS界面就能夠檢查整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和正常工作狀態(tài)。為方便調(diào)試，在程序中設(shè)置了手動(dòng)功能。

7 結(jié)束語(yǔ)

該芯片設(shè)計(jì)測(cè)試分選機(jī)，由于采用了三菱FX系統(tǒng)單片機(jī)PLC控制器，可以做到與控制系統(tǒng)中的各組成部分功能配合工作，并根據(jù)采用了步進(jìn)電動(dòng)機(jī)調(diào)節(jié)的回轉(zhuǎn)吸盤和分類機(jī)關(guān)進(jìn)行了準(zhǔn)確位置，基本滿足了設(shè)計(jì)需要。經(jīng)過(guò)對(duì)人機(jī)界面進(jìn)行了設(shè)備中各組成部分的狀態(tài)指示、動(dòng)態(tài)調(diào)整有關(guān)參數(shù)、提示故障類型以及告警等。經(jīng)試驗(yàn)證明，該測(cè)試分選機(jī)可以適應(yīng)制造要求，在較大程度上提升了制造效率。

參考文獻(xiàn)

[1] 徐銀森，吳華.基于PLC的芯片測(cè)試分選機(jī)設(shè)計(jì)[J].機(jī)電信息，2015（15）：2.

[2] 孟蝶，楊剛，楊鋒，等.基于PLC控制技術(shù)的高壓整流橋芯片測(cè)試分選機(jī)[J].機(jī)電產(chǎn)品開發(fā)與創(chuàng)新，2014（6）：140-141.