LED全自動粘片機的上位機軟件設計

呂　寧

（大連市市政設計研究院有限責任公司,遼寧　大連　116011）

LED全自動粘片機的上位機軟件設計

呂寧

（大連市市政設計研究院有限責任公司,遼寧大連116011）

摘要：為提升LED全自動粘片機的生產(chǎn)效率，提出并實現(xiàn)了以Visual C#作為開發(fā)工具，以可編程控制器為下位機的上位機軟件系統(tǒng)的設計方案。通過在軟件系統(tǒng)加入了高交互性的工藝參數(shù)設置功能，縮短了操作員的調(diào)試時間；加入了晶元映射功能，提高了全自動粘片機拾取芯片的效率。在實際應用中，粘片機的生產(chǎn)效率提升了2.2%，起到了為粘片機生產(chǎn)商和集成芯片生產(chǎn)商節(jié)約生產(chǎn)成本的作用，對新型LED全自動粘片機上位機軟件系統(tǒng)的開發(fā)工作具有參考意義。

關鍵詞：LED全自動粘片機；上位機軟件；晶圓映射

0　引言

LED全自動粘片機是一種用于LED（發(fā)光二極管）生產(chǎn)中進行芯片與引線框架粘接的自動化設備，是LED自動化生產(chǎn)線上必備的關鍵設備之一。隨著LED封裝技術的不斷發(fā)展，對粘片機的要求也越來越高，主要目的是提升設備的生產(chǎn)效率。粘片機是一個復雜的機電系統(tǒng)，在軟件上分為上位機和下位機兩部分，它要完成的各種任務都是根據(jù)特定的工藝要求由上位機和下位機軟件合作完成。上位機軟件的主要任務是完成與操作員交互、芯片（Die）特征識別、芯片拾取控制三方面。目前有兩種途徑可實現(xiàn)通過優(yōu)化上位機軟件實現(xiàn)粘片機性能的提升：第一，通過節(jié)省操作員在設置工藝參數(shù)時的調(diào)試時間；第二，通過降低拾取晶元上芯片的定位時間。本文設計并實現(xiàn)了一種新型上位機軟件系統(tǒng)，通過降低以上兩種情況所耗費的時間，實現(xiàn)了粘片機生產(chǎn)效率的提升。

1　粘片機的工藝流程

LED全自動粘片機應用于LED集成封裝的前段工藝中，該段工藝負責將芯片粘接引線基架上，由在工控機上運行的上位機軟件配合下位機（可編程控制器）協(xié)同完成。LED全自動粘片機共有8個工藝流程。

在生產(chǎn)時，引線基架由上料部進入粘片機，粘片機將LED芯片粘貼在引線基架上，由下料部卸載。在此8個工藝流程中，上位機軟件的主要任務有三種，分別是是完成與操作員交互、芯片特征識別、芯片拾取控制三方面。分別應用在操作員調(diào)試粘片機和粘片機拾取芯片過程中。從而實現(xiàn)粘片機性能的提升。

2　軟件結構

粘片機的上位機軟件系統(tǒng)主要有3項功能，5項子功能，在系統(tǒng)中流動的數(shù)據(jù)分為圖像數(shù)據(jù)和控制數(shù)據(jù)兩種。軟件系統(tǒng)的工作模式分為兩種：手動模式和自動模式，兩種模式通過操作員進行切換。在手動模式狀態(tài)下，操作員可以設置粘片機的工藝參數(shù)，當操作員完成工藝參數(shù)設置工作后，粘片機可進入自動模式大批量的生產(chǎn)產(chǎn)品。

輸入軟件系統(tǒng)的數(shù)據(jù)有3種，分別為工業(yè)照相機拍攝的圖片數(shù)據(jù)、操作員輸入的控制指令。在手動模式中，控制指令經(jīng)由參數(shù)設置和操作控制模塊進入系統(tǒng)，一部分屬于下位機運行時所需的工藝參數(shù)，經(jīng)通訊模塊進入下位機；另一部分為系統(tǒng)運行參數(shù)，進入自動控制模塊。為了方便操作員快速輸入控制指令，以上指令都被儲存在數(shù)據(jù)庫中以備隨時調(diào)用。工業(yè)照相機拍攝的圖片用于對晶元上的芯片進行定位，它會進入視覺識別模塊進行分析，通過模式識別算法計算出芯片與綁定頭拾取位置之間的位置數(shù)據(jù)，位置數(shù)據(jù)會進入自動控制模塊，為XY平臺移動和綁定頭拾取芯片提供工藝參數(shù)。

通訊模塊是軟件系統(tǒng)中與下位機溝通的接口，負責將其他模塊的指令轉(zhuǎn)換為下位機支持的指令格式，通過串行口與下位機通訊。通訊

指令格式遵循OMRON FINS Commands指令系統(tǒng)規(guī)范。

3　提升調(diào)試效率的功能

粘片機在出廠前調(diào)試時，調(diào)試人員需要頻繁訪問下位機內(nèi)儲存的工藝參數(shù)。為提升調(diào)試效率，采用了數(shù)據(jù)庫存儲工藝參數(shù)以提升存取效率。數(shù)據(jù)庫中存有操作指令表和工藝參數(shù)表，前者記錄粘片機各部件單步動作的啟動指令；后者記錄存取下位機中工藝參數(shù)的指令。通過將操作指令和工藝參數(shù)儲存在數(shù)據(jù)庫中，不但可以實現(xiàn)快速存取數(shù)據(jù)的能力，而且也為上位機軟件的開發(fā)提供了便利，粘片機的開發(fā)人員可以在不重新編譯上位機軟件的前提下選擇向操作員暴露的操作指令和工藝參數(shù)。

4　升生產(chǎn)效率的功能

在生產(chǎn)過程中，上位機需要響應下位機發(fā)出的拍照請求，完成工業(yè)照相機拍照、視覺識別、拾取芯片的任務。通過將晶元映射功能應用到芯片拾取工藝中，以達到在整體上節(jié)省定位芯片位置時間的結果，從而達到提升生產(chǎn)效率的目的。

視覺模塊負責完成以下任務：（1）響應自動控制模塊的拍照命令，控制工業(yè)照相機拍攝在晶元上位于拾取位置芯片的照片；（2）對芯片的特征進行識別，向自動運行模塊提交芯片是否有墨點、缺角、崩邊和角度偏移的缺陷芯片特征，對符合拾取條件的芯片，向自動運行模塊提交XY平臺移動校正信息；（3）響應并執(zhí)行操作員從用戶界面上提交的視覺識別指令。視覺識別模塊中的核心是芯片特征識別功能，在芯片的貼裝過程中被自動運行模塊調(diào)用，拾取過程中芯片特征識別的工作由晶元芯片和參考芯片模式識別子模塊完成。

5　性能測試

衡量LED粘片機上位機軟件性能的主要參數(shù)有兩項，分別是固晶效率和制程能力指數(shù)。固晶效率是反映粘片機生產(chǎn)能力的重要參數(shù)，固晶效率越高，粘片機在單位時間內(nèi)的產(chǎn)能越高。目前，在國內(nèi)應用的同類粘片機的固晶效率為4500片/小時。另一個性能參數(shù)是粘片機的制程能力指數(shù)。制程能力指數(shù)是描述粘片機設備性能可靠性的參數(shù)，其值越高設備性能越可靠，產(chǎn)品不良率越低，性能一致性越好。通常來說，制程能力大于1.33，代表制程能力達到了1級。經(jīng)測試，安裝本軟件系統(tǒng)的粘片機制程能力指數(shù)達到了1.34。

6　結論

為提升粘片機的生產(chǎn)效率，提出并實現(xiàn)了以Visual C#作為開發(fā)工具，以可編程控制器為下位機的粘片機上位機軟件系統(tǒng)的設計方案。通過縮短操作員的調(diào)試時間和提高粘片機拾取芯片的效率，將粘片機的生產(chǎn)效率提升了2.2%，起到了為集成芯片生產(chǎn)商節(jié)約生產(chǎn)成本的作用。對新型粘片機上位機軟件系統(tǒng)的開發(fā)工作具有參考意義。