楊超，劉丹，鄭佳晶，楊帆

（北京中電科電子裝備有限公司，北京100176）

自動(dòng)分選設(shè)備系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

楊超，劉丹，鄭佳晶，楊帆

（北京中電科電子裝備有限公司，北京100176）

介紹了自動(dòng)分選設(shè)備的系統(tǒng)軟件及控制時(shí)序的設(shè)計(jì)方案，通過分析系統(tǒng)硬件機(jī)構(gòu)，設(shè)計(jì)系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)，根據(jù)設(shè)備運(yùn)行特點(diǎn)，設(shè)計(jì)控制時(shí)序，成功完成了系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)，測試證明設(shè)備運(yùn)行精度高、速度快，運(yùn)行可靠穩(wěn)定。

自動(dòng)分選排片設(shè)備；控制軟件；運(yùn)行時(shí)序

自動(dòng)分選機(jī)的功能是將一張晶圓上具有不同特性的芯片從藍(lán)膜（或UV膜）上分別挑選出來放入到不同的Tray盒中，從而方便下道工序的使用。通常，自動(dòng)分選機(jī)的來料為通過探針測試臺(tái)測試過的晶圓，這些經(jīng)過測試的晶圓芯片或是被打上墨點(diǎn)或是帶有MAP文件。傳統(tǒng)的挑選方法是經(jīng)過解膠后由人工挑選，這種方法雖然可靠但效率極低且只能處理表面特征有差異的芯片，對表面特征相同但在電極性或其他不同特性的芯片則無法處理，為了解決以上問題自動(dòng)分選排片機(jī)也就應(yīng)運(yùn)而生。

1　需求分析

1.1整機(jī)結(jié)構(gòu)

自動(dòng)分選機(jī)可分為運(yùn)動(dòng)部件，機(jī)器視覺，人機(jī)交互三部分。其中，運(yùn)動(dòng)部件由旋轉(zhuǎn)臂及頂針機(jī)構(gòu)、晶片臺(tái)機(jī)構(gòu)和工作臺(tái)機(jī)構(gòu)組成；機(jī)器視覺部分由相機(jī)、鏡頭和光源組成；人機(jī)交互由工控機(jī)、顯示器、鼠標(biāo)和鍵盤組成。

旋轉(zhuǎn)臂及頂針機(jī)構(gòu)由三個(gè)電機(jī)組成，晶片臺(tái)機(jī)構(gòu)由三個(gè)電機(jī)組成，工作臺(tái)機(jī)構(gòu)由2個(gè)或4個(gè)電機(jī)組成。其中，旋轉(zhuǎn)臂及頂針機(jī)構(gòu)、晶片臺(tái)機(jī)構(gòu)和工作臺(tái)1由一張8軸運(yùn)動(dòng)控制卡控制，工作臺(tái)2作為可選項(xiàng)由一張4軸運(yùn)動(dòng)控制卡控制。兩路USB接口的相機(jī)分別負(fù)責(zé)晶片臺(tái)、工作臺(tái)的圖像識(shí)別定位。運(yùn)動(dòng)控制卡、相機(jī)和顯示器全部連接到工控機(jī)上，系統(tǒng)軟件在工控機(jī)上運(yùn)行，系統(tǒng)軟件通過邏輯控制完成整機(jī)的協(xié)調(diào)作業(yè)。如圖1所示。

圖1　整機(jī)電氣框圖

1.2工藝流程

對于一臺(tái)新的晶圓自動(dòng)分選機(jī)的工作流程依次是晶片臺(tái)側(cè)上料，根據(jù)芯片尺寸調(diào)節(jié)鏡頭倍率，設(shè)置晶片臺(tái)側(cè)芯片間距，設(shè)置晶片臺(tái)側(cè)圖像模板，導(dǎo)入MAP文件，將MAP文件中需要挑選的BIN的種類設(shè)為合格。工作臺(tái)側(cè)上Tray盤，根據(jù)工作臺(tái)Tray內(nèi)碗杯大小調(diào)節(jié)鏡頭倍率，設(shè)置Tray盤位置間距，設(shè)置Tray盤內(nèi)碗杯位置間距，設(shè)置工作臺(tái)側(cè)模板圖像，工作臺(tái)掃描觀察設(shè)置是否正確。根據(jù)芯片厚度調(diào)節(jié)旋轉(zhuǎn)臂吸、固晶高度。將MAP文件的首點(diǎn)與晶圓實(shí)際首點(diǎn)對準(zhǔn)并下載MAP文件參數(shù)，選擇晶片臺(tái)、工作臺(tái)運(yùn)行方向，自動(dòng)運(yùn)行先判斷MAP文件當(dāng)前點(diǎn)是否合格，合格后再晶片臺(tái)側(cè)圖像識(shí)別，同時(shí)工作臺(tái)側(cè)圖像識(shí)別，識(shí)別通過后旋轉(zhuǎn)臂機(jī)構(gòu)從晶片臺(tái)側(cè)抓取芯片放置到工作臺(tái)側(cè)Tray盒的碗杯中。

1.3軟件需求

分析以上整機(jī)結(jié)構(gòu)及工藝流程，總結(jié)軟件主要需求如下：

（1）良好的人機(jī)交互界面，具有防呆功能；

（2）具有能夠?qū)﹃P(guān)鍵的機(jī)械位置進(jìn)行設(shè)定的功能；

（3）具有圖像顯示和芯片的識(shí)別定位功能；

（4）具有MAP功能；

（5）具有分Bin功能；

（6）具有故障檢測報(bào)警功能；

（7）具有操作權(quán)限設(shè)置及操作日志保存的功能；

（8）運(yùn)行穩(wěn)定可靠。

2　軟件設(shè)計(jì)

分析整機(jī)軟件需求，將系統(tǒng)軟件分為三部分，依次是運(yùn)動(dòng)邏輯控制模塊、人機(jī)交互模塊及圖像處理模塊?？紤]系統(tǒng)電氣件組成可將運(yùn)動(dòng)模塊按機(jī)構(gòu)分為晶片臺(tái)、工作臺(tái)、頂針及旋轉(zhuǎn)臂三部分。根據(jù)設(shè)備應(yīng)用軟件的通用功能可將人機(jī)交互模塊分為人機(jī)交互界面、運(yùn)行參數(shù)設(shè)置、軟件日志及軟件權(quán)限四部分。系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示。

2.1運(yùn)動(dòng)邏輯模塊

運(yùn)動(dòng)邏輯模塊是系統(tǒng)軟件的核心部分，負(fù)責(zé)控制整機(jī)的協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)。該模塊在系統(tǒng)軟件中起到承上啟下的作用，既要能接收界面的運(yùn)動(dòng)命令并給界面反饋，又要根據(jù)邏輯需要向運(yùn)動(dòng)控制卡發(fā)送運(yùn)動(dòng)命令同時(shí)接收運(yùn)動(dòng)控制卡的反饋。根據(jù)這個(gè)模塊的特殊性將其設(shè)計(jì)為一個(gè)動(dòng)態(tài)鏈接庫。

圖2　軟件結(jié)構(gòu)框圖

根據(jù)自動(dòng)分選機(jī)的工藝流程可確定整機(jī)的運(yùn)動(dòng)過程包括以下幾個(gè)方面：初始化、自動(dòng)運(yùn)行、手動(dòng)運(yùn)行、晶片臺(tái)掃描、工作臺(tái)掃描、旋轉(zhuǎn)臂自動(dòng)探高、機(jī)構(gòu)走位、搖桿控制。由此確定運(yùn)動(dòng)控制庫結(jié)構(gòu)如圖3所示。

各類具體實(shí)現(xiàn)功能如表1所示。

圖3　運(yùn)動(dòng)控制庫結(jié)構(gòu)框圖

表1　運(yùn)動(dòng)控制類說明

2.2人機(jī)交互模塊

人機(jī)交互界面是系統(tǒng)軟件的應(yīng)用界面，操作人員可通過該部分來完成對設(shè)備的操作。根據(jù)使用要求分析該部分應(yīng)做到操作簡單易懂，具有防呆保護(hù)功能，能夠進(jìn)行報(bào)警提示；根據(jù)機(jī)械部件設(shè)計(jì)要求具有對機(jī)械部件進(jìn)行設(shè)置的功能；根據(jù)視覺要求要具有圖像顯示的功能。根據(jù)以上要求將人機(jī)交互界面模塊設(shè)計(jì)為一個(gè)工程，該工程具有操作界面，可連接動(dòng)態(tài)鏈接庫。人機(jī)交互模塊具體結(jié)構(gòu)如圖4所示。

各類具體實(shí)現(xiàn)功能如表格2所示。

表1　運(yùn)動(dòng)控制類說明

2.3圖像處理模塊

圖像處理模塊主要包括兩部分，即圖像的顯示和識(shí)別定位。其中顯示功能包括圖像的采集顯示，圖像的縮放顯示，圖像的偏移顯示，標(biāo)識(shí)線顯示等功能。識(shí)別定位按識(shí)別方式分為輪廓識(shí)別和灰度識(shí)別，無論是哪種識(shí)別方式都要有模板的制作，模板的修改，識(shí)別參數(shù)的設(shè)置，識(shí)別范圍的設(shè)置，以及識(shí)別結(jié)果的返回。根據(jù)以上需求圖像處理模塊的設(shè)計(jì)如圖5所示。

圖像處理模塊接口函數(shù)如表3所示。

3　時(shí)序設(shè)計(jì)

時(shí)序設(shè)計(jì)是整機(jī)運(yùn)行的核心，由于分選設(shè)備要求高速運(yùn)行且對氣路控制要求嚴(yán)格，因此時(shí)序設(shè)計(jì)要求邏輯復(fù)雜可靠，圖6為分選設(shè)備運(yùn)行時(shí)序圖。

圖5　圖像處理模塊框圖

表3　圖像處理模塊接口函數(shù)

4　結(jié)果驗(yàn)證

實(shí)際完成的軟件運(yùn)行可靠，未發(fā)生兩工作臺(tái)相撞的現(xiàn)象，設(shè)備實(shí)際運(yùn)行UPH為10K左右，MAP功能可兼容現(xiàn)市場上出現(xiàn)的Mapping文件，分Bin功能在使用過程中沒有出現(xiàn)挑混的現(xiàn)象。

圖6　設(shè)備運(yùn)行時(shí)序圖

5　結(jié)束語

最終完成的軟件符合設(shè)計(jì)需求，操作簡單，在客戶現(xiàn)場運(yùn)行穩(wěn)定可靠，未出錯(cuò)誤，投入了實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用。

［1］郭東郎平.自動(dòng)排片機(jī)在IC芯片分選中的應(yīng)用研究［J］.電子工業(yè)專用設(shè)備，40（4）：21-25.

［2］Stanley B.，LippmanBarbara E.，Moo JoséeLaJoie.，李師賢，蔣愛軍，梅曉勇，等譯.C++Primer（第四版）［M］.北京：人民郵電出版社，2006.

Design of the Automatic Sorting Equipment System Software

YANG Chao，LIU Dan，ZHENG Jiajing，YANG Fan
（CETC Beijing Electronic Equipment Co.Ltd.，Beijing 100176 China）

This paper mainly introduces the design scheme of the system software and the control time sequence of the automatic sorting equipment.Through the analysis of the system's hardware structure，the software structure of the design system，according to the operating characteristics of the device，the design control time sequence，so as to successfully complete the system software，the test proves that the equipment is running with high accuracy，fast，reliable and stable.

Automatic-sift Die Pick&Place Equipment；Control Software；Running time sequence

TN605

B

1004-4507（2016）01-0034-05

2015-10-30