多工位轉(zhuǎn)盤式芯片裝管設(shè)備控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

田李莊

濟(jì)南新芯微電子有限公司 山東濟(jì)南 250101

收發(fā)多功能芯片作為微波電路重要類別之一，采用高密度集成射頻設(shè)計(jì)，由包括低噪聲放大器、驅(qū)動放大器、移相器、衰減器和開關(guān)的射頻通道，以及包括收發(fā)控制電路和幅相控制電路的控制網(wǎng)絡(luò)組成，擁有體積小、重量輕、集成度高等優(yōu)點(diǎn)，使其在雷達(dá)、通信、探測等關(guān)鍵領(lǐng)域中得到了廣泛應(yīng)用，并對此提出了長壽命的評價要求，如何考核和評價成為當(dāng)前亟待解決的問題。

1 未來芯片技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

目前，原子尺度硅材料的基本物理限制使得由摩爾定律驅(qū)動的硅技術(shù)演進(jìn)路徑似乎正快速接近終點(diǎn)。隨著摩爾定律走向終結(jié)，人工智能、物聯(lián)網(wǎng)、超級計(jì)算及其相關(guān)應(yīng)用卻提出了更高的性能要求，半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)步入亟需轉(zhuǎn)變突破發(fā)展的關(guān)鍵點(diǎn)，芯片架構(gòu)、材料、集成、工藝和安全方面的創(chuàng)新研究成為新的突破方向[1]。

1.1 新型晶體管技術(shù)

1.1.1 新架構(gòu)晶體管技術(shù)

鰭式場效應(yīng)晶體管（FinField-EffectTran sistor，F(xiàn)inFET）是當(dāng)前主流半導(dǎo)體制造工藝采用的晶體管架構(gòu)，成功地推動了從22納米到7納米等數(shù)代半導(dǎo)體工藝的發(fā)展，并將拓展到5納米和4納米工藝節(jié)點(diǎn)。全環(huán)柵晶體管（Gate-All AroundField-EffectTransistors，GAAFET）是一種繼續(xù)延續(xù)現(xiàn)有半導(dǎo)體技術(shù)路線壽命的較主流技術(shù)，可進(jìn)一步增強(qiáng)柵極控制能力，克服當(dāng)前技術(shù)的物理縮放比例和性能限制。從3納米開始，韓國三星電子將放棄FinFET架構(gòu)轉(zhuǎn)向GAAFET架構(gòu)，計(jì)劃在2020年底進(jìn)行3納米GAAFET產(chǎn)品風(fēng)險試生產(chǎn)[7]，2021年底進(jìn)行批量生產(chǎn)。3納米以下晶體管潛在技術(shù)包括互補(bǔ)場效應(yīng)晶體管（Com plementaryField-EffectTransistors，CFET）、垂直納米線晶體管、負(fù)電容場效應(yīng)晶體管（NegativeCa pacitanceField-EffectTransistors，NC-FET）、隧穿場效應(yīng)晶體管（TunnelField-EffectTransistor，TFET）等。

1.1.2 新材料晶體管技術(shù)

研究硅基材料的替代材料，開發(fā)新型電子器件是解決當(dāng)前芯片發(fā)展瓶頸的另一種解決方法。當(dāng)前，替代性半導(dǎo)體材料主要包括第三代半導(dǎo)體材料、碳基納米材料、二維半導(dǎo)體材料等。

1.2 新型存儲器芯片技術(shù)

當(dāng)前，靜態(tài)存儲器（StaticRandom-AccessMemory，S RAM）、動態(tài)存儲器（DynamicRandom AccessMemory，DRAM）、閃存等主流存儲器面臨著難以逾越的固有技術(shù)局限和工藝挑戰(zhàn)。以相變存儲器（Phase-ChangeMemory，PCM或PCRAM）、磁性存儲器（MagnetoresistiveRandomAccessMemory，MRAM）、阻性存儲器（ResistiveRandomAccessMemory，ReRAM）、鐵電存儲器（Ferroelec tricRandomAccessMemory，F(xiàn)RAM）、碳納米管存儲器（NanotubeRandomAccessMemory，NRAM）為代表的新型存儲器能夠帶來獨(dú)特的性能優(yōu)勢，但均采用新材料制造且工藝嚴(yán)苛，大規(guī)模量產(chǎn)仍需一定的時間。其中，PCM、MRAM、Re RAM是普遍認(rèn)為最有前途的新型非易失性存儲器[2]。

2 控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

2.1 多工位轉(zhuǎn)盤式芯片裝管設(shè)備控制流程

多工位轉(zhuǎn)盤式芯片裝管設(shè)備用于將芯片在不同工位間進(jìn)行轉(zhuǎn)運(yùn)，進(jìn)行各項(xiàng)檢測，按檢測結(jié)果進(jìn)行分選，最后將合格芯片快速而準(zhǔn)確地裝入料管內(nèi)。在壓電振動盤的作用下，芯片沿料道整齊有序地輸送至自動上料工位，控制系統(tǒng)各個工位的具體運(yùn)行流程如下。

（1）轉(zhuǎn)盤到位（轉(zhuǎn)盤上真空吸筆正對下方各工位）。

（2）所有上下驅(qū)動軸從上方原點(diǎn)位置（上下驅(qū)動軸的起始位置）下壓，將真空吸筆下壓至各個工位的工作位置，下壓到位后，各個工位開始工作。

（3）自動上料工位。真空吸筆下壓至芯片上方，并開啟真空，在真空吸力的作用下使得芯片脫離下基板，吸附在轉(zhuǎn)盤的真空吸筆上，完成芯片的拾取。

（4）在定位1工位對芯片進(jìn)行一次定位。

（5）字符檢測工位。該工位既檢測字符缺陷，也判別芯片方位。根據(jù)字符檢測結(jié)果，如字符有打印錯誤、缺失或不清晰等缺陷時，記錄當(dāng)前工位的芯片為不合格芯片。

2.2 軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

本文多工位轉(zhuǎn)盤式芯片裝管設(shè)備控制系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)包括應(yīng)用層、任務(wù)層和執(zhí)行層。應(yīng)用層包括參數(shù)設(shè)置模塊、指令獲取模塊、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)模塊和信息顯示模塊；任務(wù)層包括動作模塊和數(shù)據(jù)模塊；執(zhí)行層包括執(zhí)行單元和采集單元。

2.3 控制系統(tǒng)軟件實(shí)現(xiàn)

控制系統(tǒng)軟件界面顯示有總產(chǎn)量、裝管總數(shù)、排料總數(shù)、字符檢測失效（非合格）數(shù)量和3D引腳檢測失效（非合格）數(shù)量等信息；輸入按鈕有開始運(yùn)行、暫停運(yùn)行、結(jié)束運(yùn)行、單動等設(shè)備運(yùn)行按鈕；電機(jī)參數(shù)設(shè)定按鈕有針對分離電機(jī)、定位1電機(jī)和定位2電機(jī)等不同工位電機(jī)和針對數(shù)字I/O口與視覺檢測系統(tǒng)通信的單獨(dú)調(diào)試按鈕[3]。

3 結(jié)語

本文設(shè)備在實(shí)際應(yīng)用中，芯片的檢測和裝管效率都得到了很大提高，重力式芯片裝管設(shè)備的裝管速度在18000顆/小時左右、，而本文設(shè)備的裝管速度可達(dá)到30000顆/小時以上。在更換上料方式以及相關(guān)工位治具和料管形式后，可適用于多種不同封裝類型的芯片裝管，在控制系統(tǒng)架構(gòu)基本不變的情況下，可擴(kuò)大本文芯片裝管設(shè)備的應(yīng)用場景。