基于PLC的芯片測試分選機設計

徐銀森 吳 華

（南通華達微電子集團有限公司，江蘇 南通226000）

0 引言

IC芯片具有體積小、攜帶方便、價格便宜等特點，廣泛應用于各類工業電子設備，各種家用電器、儀表等。隨著電子產品的集成度越來越高，對IC芯片的需求量也越來越大。IC芯片的質量將影響整個電子產品的質量，所以IC芯片的測試分選是十分重要的工序。如果采用人力手工測試分選，容易造成漏測或誤測，影響產品的合格率，同時增加勞動成本，測試分選效率低。采用PLC和觸摸屏控制的測試分選機測試精度較高、人機界面友好、工作可靠性強，應用到生產中，明顯提高了生產效率［1］。

1 測試分選機的主要組成部分

測試分選機由三維視覺管腳檢測模塊、Mark檢測模塊、旋轉吸盤抓取模塊、振動進料模塊、氣軌送料模塊、激光打標模塊等組成，其工藝流程圖如圖1所示。

圖1 工藝流程圖

工作過程：首先氣軌送料模塊通過均勻的氣流使IC芯片到達振動盤，通過振動盤的高頻振動，芯片排序蠕動上升前行至旋轉吸盤抓取機構，然后進行三維視覺管腳檢測、Mark檢測、激光打標、電性能測試等，在測試過程中如有不合格產品則通過分選機構篩選出次品。

1.1 三維視覺管腳檢測模塊

視覺系統準備兩個工位分別檢測2D和3D圖像采集，2D檢測是通過漫反射板對燈光的漫反射，使光線照射到芯片上，再由攝像機捕捉棱鏡反射的正面。3D檢測則由攝像機捕捉棱鏡反射的側面［2］。通過對目標圖像進行邊緣提取、輪廓跟蹤和提取，使用匹配識別的方法確定芯片引腳的數量和位置。根據位置信息可以判定各個管腳的寬度、高度和間距等參數，根據數量信息可以判斷出有沒有斷掉的管腳。三維視覺管腳檢測模塊把檢測的信息通過RS485傳送給PLC。

1.2 氣軌送料模塊

氣軌式送料模塊主要包括軌道體、軌道槽、腔體、進氣孔、斜槽、阻流板等。軌道體上有電子元器件在其中運動的軌道槽，軌道體內有腔體，軌道體上有接通腔體的進氣孔，腔體上部設有若干相互平行的與軌道槽內相通的斜槽。進氣孔和斜槽之間有阻流板，阻流板可以改變進氣方向并使進氣均勻分散，避免氣流直接從最近的斜槽吹出。工作時，IC芯片置于軌道槽中，壓縮空氣從進氣孔進入腔體內，再從各個斜槽中吹出，均勻的氣體推動芯片呈懸浮狀態向前移動，這樣減少了芯片和軌道之間的摩擦，延長了軌道的壽命，降低了芯片運送過程中的損壞率。

1.3 振動進料模塊

振動進料模塊采用內螺旋導軌振動形式。內螺旋振動盤是一個凹的盤體，盤體內有內螺旋軌道，外端設置一個凹槽，輸送平臺裝在凹槽內。工作時，通過振動驅動機構高頻振動，使芯片沿著振動盤內螺旋導軌整列排序前行至輸送平臺，輸送平臺將排列好的芯片送到下一道工序。

1.4 旋轉吸盤抓取模塊

旋轉吸盤包括定位盤、上閥體、下閥體、吸嘴、貫穿孔、轉盤等。轉盤中心有下閥體，下閥體上表面配有上閥體，定位盤在上閥體的上部，定位盤和上閥體之間的彈簧將上閥體和下閥體軸向壓緊，下閥體外周均勻分布許多進氣道，吸嘴和進氣道吸氣管對接。上閥體上有與氣孔對應于貫穿孔。通過控制電磁閥實現吸嘴的吸、放芯片，當電磁閥打開時，轉盤轉動，下閥體轉動，上閥體保持不動，在貫穿孔和氣孔正對時，吸嘴可吸住芯片，在貫穿孔和氣孔不正對時，由于相鄰氣孔之間的間距小于氣孔本身的直徑，在真空泵的作用下，吸嘴仍然可以吸住芯片，轉盤可帶動芯片轉換不同的工位，進行各種檢測。

2 電氣控制

整個系統的關鍵是要讓各個部分協調運行，因此系統的電氣控制部分是很重要的［3］。芯片測試機的主要控制器采用三菱FX3U系列PLC。PLC主要給出激勵信號及對傳送過來的信號進行處理，控制各個部分協調運行。系統控制框圖如圖2所示。

圖2 系統控制框圖

步進電機的驅動采用SMART STEP A系列驅動器，該驅動器具有正反轉輸出、報警、復位等功能，與PLC的接口非常簡單［4］。為節省PLC的I／O口，并具有良好的人機界面，選用MCGS TPC7062K觸摸屏。通過觸摸屏可方便地對控制對象進行控制及運行監視，通過界面修改PLC內部寄存器的數值，從而修改系統中相應的設定值。

3 軟件設計

PLC是整個系統控制的核心，初始化程序使兩臺步進電機A、B復位，使PLC中內部相關寄存器、計數器等復位。由于芯片測試分選機工作時處于快節奏狀態，可能會出現卡料及其他不正常情況，程序中設置了各種報警功能，通過MCGS界面可以監控整個系統安全運行。為了便于調試，程序中設計了手動功能。其程序總體結構圖如圖3所示。

圖3 程序總體結構圖

4 結語

該芯片測試分選機通過使用三菱FX系列PLC控制，能夠實現系統中各部分功能協調工作，通過使用步進電機控制旋轉吸盤和分選機構實現了精確定位，達到了設計要求。通過人機界面實現了設備各部分的狀態顯示、動態修改相關參數、顯示故障類型并報警等。實驗證明，該測試分選機能夠滿足生產需要，很大程度上提高了生產效率。

［1］向曉汗，王寶銀.三菱系列PLC完全精通教程［M］.北京：化學工業出版社，2012.

［2］MIAO H K.SRIDHARANN.CAD－CAM integration using machining features［J］.International Journal of Computer Integrated Manufacturing，2002，15（4）：296－318.

［3］張素枝.基于PLC控制技術的電容測試分選機［J］.電子工業專用設備，2009（10）：46－48.

［4］鄭海紅，辛偉，荊萌，等.CSFX－120薄膜電容測試分選機的結構設計［J］.太原科技，2009（6）：95－96.