基于PLC控制技術的芯片測試分選機

陳志峰

[摘? ? 要]隨著我國科技的不斷進步，IC芯片技術也廣泛運用于各個領域中。在電子集成度日益提高的背景下，各個產業對IC芯片的需要量愈來愈大，而IC芯片質量的優劣又極大地影響著電子的制作品質，所以對于IC芯片的檢測分選一直是電子產品生產過程中不可忽視的重要環節。文章基于PLC控制技術的芯片測試分選機進行分析，希望能為相關工作人員提供參考。

[關鍵詞]PLC控制技術;芯片;測試分選機

[中圖分類號]TP273 [文獻標志碼]A [文章編號]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

因為IC芯片體積小便于攜帶，所在各個行業得到了廣泛應用。在生產過程中，若使用人工進行檢測分選工作時，易產生漏檢或誤檢，嚴重影響了工業產品的制造合格率，同時也增加了勞動成本，使檢測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分選機測量精度較高、人機界面設計良好、工作可靠性較強，大量運用在工業產品中，大大提高了制造工作效率。因此，在PLC控制技術背景下的芯片測試分選機進行討論是非常有意義的。

1 相關概念概述

1.1 PLC控制

PLC控制器是在序列控制設備的工藝技術基石上融入了現代微信息技術、電子計算器、自動控制系統，以及通信等所產生的又一批新興工業生產過程控制設備。其目的是代替傳統繼電器控制開關、執行邏輯門、記時間、計算等傳統順序控制功能，從而形成了更加柔性的遠程控制設備。其具備通用度強、應用簡便、自適應范圍廣、可信度高、抗干擾力量強、程序簡便等優勢。

PLC內部工作模式通常都是使用循環掃描工作模式，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試工作結束之后，使用程序設計器將其程式載入PLC內存中，同時將現場的輸入輸出信號與被控制器中的執行元件，對應的聯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行工作方法，而以后的管理工作也將由PLC進行用戶程序去進行。

1.2 芯片測試分選機

IC芯片在進行加工制作的工序之后，還必須一一加以測試與分級，將芯片分類存放有助于芯片的合理利用。測試分類機是將已通過預定生產工藝制造的半導體設備電連接于測量裝置并且依照測量結果，將半導體設備分級的裝置。

當人們在對芯片檢測后，傳統的分類方式是靠人工分類存放的。其不但工作效率較低，還易出現錯誤。目前PLC控制技術中已有自動化檢測分選機，包含能把堆疊的實料盤逐一分開的上料實托盤分離輸入設備以及料船模組設備。

2 分選機與測試系統通信原理

由分類機發出起始檢測信息（STARTOFTEST）給檢測控制系統，檢測控制系統接收到分類機發來的SOT信息后進行檢測，檢測完成后把終止檢測信息（END OF TEST）反饋給分類機。分選機在接受到測量控制系統反饋的EOT信息之后再次傳輸SOT信息給測量控制系統，這樣循環往復。

目前，在電子行業中使用的IC芯片分選和檢測主要有2種方式：①將檢測和分選兩種過程在同一個裝置上同時進行，該方法設備動作速度慢，生產率也較低：②在一個裝置上同時進行檢測過程，然后再通過所檢測到的芯片特征參數信息，將其記錄下來并傳輸到另一個裝置上進行分選，這種工作方法設備分選速率較快，分選效率得到了一定提高，但該種方法會造成數據在傳遞的過程中產生誤差。

IC晶片分選機的分選流程，一般可以分成2個過程：晶片參數測試和晶片類型劃分。先將待檢測的芯片置于一高頻率振動盤中，即分選機的輸出機構，芯片在高頻震蕩下進入芯片輸出槽，然后再把芯片送入測量裝置中，并檢測芯片的某些參數（如電壓、波長等），進而根據上述技術參數將芯片分成多種不同的類型。在對芯片參數測量完畢后，利用氣壓泵的氣體壓力將芯片吹進玻璃導料管，同時測量機構上的積分球產生的電信號也進行分類動作。因此，芯片參數檢測是整個集成電路芯片分類過程中最重要的過程之一。當檢測站檢測后確認IC芯片為某型號時，通過分揀機制最終分配給專用接收設備。整個檢測機構固定在分揀機的分揀平臺上，所有預載作用于檢測機構上的回位彈簧機構，閥彈簧機構負責左臂和右手的回位，將左臂和右手置于支撐板導軌上，由伺服電機推動的凸輪旋轉，在凸輪機構兩側由二個水平方向放置的軸承相互聯系，滾動支座分別與左臂和右手通過銷軸相連，而探測器組件則與左臂通過固定相連，最終伺服電機的轉動推動了探測器組件的相向運動，進而導致了探測器和芯片之間的直接接觸，從而通電。

3 測試分選機的主要組成部分

測試分揀機主要由三維視覺針測試模塊、標記檢測模塊、旋轉柔性吸持模塊、振動供給模塊、氣軌物料輸送模塊、激光打標模塊等組成。

工作流程為：通過氣軌送料模塊系統，利用穩定氣體將IC芯送至振動盤，利用振動盤的高頻振動增加芯片序列蠕變，并向前移動至旋轉智能吸料怪物捕捉機構，完成三維視覺針測試、標記測試、激光打標、電氣性能測試等，在測試過程中，如果有不合格品，將通過分級機制過濾出不良品。

3.1 三維視覺管腳檢測模塊

視覺系統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光的漫反射技術，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，則是由相機直接抓取棱鏡所反射的側邊，進而通過對目標圖片進行邊界抽取以及輪廓追蹤等的方法獲得，通過匹配識別確定芯片引腳的數量和位置。利用定位信息，可以判斷每個銷的寬度、高度和距離等技術參數，而通過數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量模塊將所測量的信號經過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、進氣空腔、滑槽、阻流板等。其中有軌槽、電子元件在軌體上移動，軌體下有空腔與軌體上空腔相連的進氣口，以及多個相互平行并連接在軌道槽中的傾斜槽。進氣室和溜槽之間的中心有一個阻流板。阻風門板可用于調整進氣口方向，合理分流進氣口，防止氣體從最近的地方直接吹出斜槽。工作時，首先將IC芯放入軌道槽中，用壓縮空氣斷路器從進氣口直接進入軌道腔，然后從每個滑槽中吹出。通過均勻分布的氣體引導晶圓以懸浮方向移動，減少晶圓與軌道之間的相互影響，從而延長軌道的使用壽命，也降低晶圓運輸過程中的損壞率。

3.3 振動進料模塊

振動式進料模塊系統使用的內螺旋導軌振動類型。內螺桿震動盤是一種外凹的圓盤體，盤身上有內螺桿軌跡，外端設有一條溝槽，將輸出平臺安裝在溝槽內。工作時，利用電子振蕩驅動機構的高頻振蕩，將晶片順著震動盤內螺桿導軌按整列順序前行至輸出平臺，由輸入平臺將排好的晶片送入下一道工位。

3.4 旋轉吸盤抓取模塊

螺旋吸盤分為定位盤、上閥體、下閥體、吸嘴、通孔、轉盤等。轉盤包含下閥體，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。通過位置盤與上閥體之間的閥簧，上閥體與下閥體按軸向長度逐漸擰緊，并在下閥體周圍均勻布置多個進氣口，下進氣口通過吸氣嘴與吸氣管連接。在上部閥體中，有一個小孔，與下部氣孔相對。通過調整，電磁閥同時也實現了上吸嘴的抽、放氣芯片等功能，當電磁控制閥開啟時，上旋鈕移動，而下閥體轉動，上閥體時也保持不轉動，當過貫穿的孔與氣洞正對時，吸嘴仍然可以吸住晶片，但當穿過孔與氣洞正好不對時，因為與其他氣洞之間的空隙遠遠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，并且轉盤還能夠驅動晶片切換不同的測試工位，從而實現了各種測試。

4 電氣控制

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

5 硬件設計

在硬件設計時，使用了三菱48新型晶體管PLC作為控制臺。FX是上海三菱電器有限公司出品的全新產品，性能穩定，自帶兩路輸入信號電位儀，8000步RAM的存儲能力，同時還可以接入各種擴充功能模塊，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100 kHz脈沖。同時設置有7條獨特的定位命令，包含零返回、絕對及相對位置的表達方式和特定脈沖電路輸出限制命令，通過三菱256色的5寸觸摸屏人機交互界面，通過RS232和PLC實現通信，并且還可以即時監測設備的工作狀況。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用范圍包括設備控制器開關量輸入電源、芯片存儲輸出裝置和給料裝置控制器電源及其電磁閥開關電源等，操控輸入模組包含25個開關量輸入點，工程設計控制器按鈕、方式轉換開關、限位開關和光電開關等輸入輸出元器件和相關線路;操控傳輸模塊包含25個開關量輸出點，設計包括設備控制器接口及其說明燈、電磁控制器和真空電磁閥等入口及輸出元器件。

6 軟件設計

PLC是對整個系統控制的核心設備，在利用系統初始化過程中將二個步進電機A、B復位工作后，再將PLC中內置的相關寄存器、計量器等設備進行復位。因為經過芯片測試后的分選機工作時處于快節奏工作狀態，可能會出現卡料或者其他的錯誤情況，所以人們就在程序中設置了各種報警功能，這樣通過MCGS界面就能夠檢查整個系統的穩定性和正常工作狀態。為方便調試，在程序中設置了手動功能。

7 結束語

該芯片設計測試分選機，由于采用了三菱FX系統單片機PLC控制器，可以做到與控制系統中的各組成部分功能配合工作，并根據采用了步進電動機調節的回轉吸盤和分類機關進行了準確位置，基本滿足了設計需要。經過對人機界面進行了設備中各組成部分的狀態指示、動態調整有關參數、提示故障類型以及告警等。經試驗證明，該測試分選機可以適應制造要求，在較大程度上提升了制造效率。

參考文獻

[1] 徐銀森，吳華.基于PLC的芯片測試分選機設計[J].機電信息，2015（15）：2.

[2] 孟蝶，楊剛，楊鋒，等.基于PLC控制技術的高壓整流橋芯片測試分選機[J].機電產品開發與創新，2014（6）：140-141.