基于PLC的芯片测试分选机设计

徐银森 吴 华

（南通华达微电子集团有限公司，江苏 南通226000）

0 引言

IC芯片具有体积小、携带方便、价格便宜等特点，广泛应用于各类工业电子设备，各种家用电器、仪表等。随着电子产品的集成度越来越高，对IC芯片的需求量也越来越大。IC芯片的质量将影响整个电子产品的质量，所以IC芯片的测试分选是十分重要的工序。如果采用人力手工测试分选，容易造成漏测或误测，影响产品的合格率，同时增加劳动成本，测试分选效率低。采用PLC和触摸屏控制的测试分选机测试精度较高、人机界面友好、工作可靠性强，应用到生产中，明显提高了生产效率［1］。

1 测试分选机的主要组成部分

测试分选机由三维视觉管脚检测模块、Mark检测模块、旋转吸盘抓取模块、振动进料模块、气轨送料模块、激光打标模块等组成，其工艺流程图如图1所示。

图1 工艺流程图

工作过程：首先气轨送料模块通过均匀的气流使IC芯片到达振动盘，通过振动盘的高频振动，芯片排序蠕动上升前行至旋转吸盘抓取机构，然后进行三维视觉管脚检测、Mark检测、激光打标、电性能测试等，在测试过程中如有不合格产品则通过分选机构筛选出次品。

1.1 三维视觉管脚检测模块

视觉系统准备两个工位分别检测2D和3D图像采集，2D检测是通过漫反射板对灯光的漫反射，使光线照射到芯片上，再由摄像机捕捉棱镜反射的正面。3D检测则由摄像机捕捉棱镜反射的侧面［2］。通过对目标图像进行边缘提取、轮廓跟踪和提取，使用匹配识别的方法确定芯片引脚的数量和位置。根据位置信息可以判定各个管脚的宽度、高度和间距等参数，根据数量信息可以判断出有没有断掉的管脚。三维视觉管脚检测模块把检测的信息通过RS485传送给PLC。

1.2 气轨送料模块

气轨式送料模块主要包括轨道体、轨道槽、腔体、进气孔、斜槽、阻流板等。轨道体上有电子元器件在其中运动的轨道槽，轨道体内有腔体，轨道体上有接通腔体的进气孔，腔体上部设有若干相互平行的与轨道槽内相通的斜槽。进气孔和斜槽之间有阻流板，阻流板可以改变进气方向并使进气均匀分散，避免气流直接从最近的斜槽吹出。工作时，IC芯片置于轨道槽中，压缩空气从进气孔进入腔体内，再从各个斜槽中吹出，均匀的气体推动芯片呈悬浮状态向前移动，这样减少了芯片和轨道之间的摩擦，延长了轨道的寿命，降低了芯片运送过程中的损坏率。

1.3 振动进料模块

振动进料模块采用内螺旋导轨振动形式。内螺旋振动盘是一个凹的盘体，盘体内有内螺旋轨道，外端设置一个凹槽，输送平台装在凹槽内。工作时，通过振动驱动机构高频振动，使芯片沿着振动盘内螺旋导轨整列排序前行至输送平台，输送平台将排列好的芯片送到下一道工序。

1.4 旋转吸盘抓取模块

旋转吸盘包括定位盘、上阀体、下阀体、吸嘴、贯穿孔、转盘等。转盘中心有下阀体，下阀体上表面配有上阀体，定位盘在上阀体的上部，定位盘和上阀体之间的弹簧将上阀体和下阀体轴向压紧，下阀体外周均匀分布许多进气道，吸嘴和进气道吸气管对接。上阀体上有与气孔对应于贯穿孔。通过控制电磁阀实现吸嘴的吸、放芯片，当电磁阀打开时，转盘转动，下阀体转动，上阀体保持不动，在贯穿孔和气孔正对时，吸嘴可吸住芯片，在贯穿孔和气孔不正对时，由于相邻气孔之间的间距小于气孔本身的直径，在真空泵的作用下，吸嘴仍然可以吸住芯片，转盘可带动芯片转换不同的工位，进行各种检测。

2 电气控制

整个系统的关键是要让各个部分协调运行，因此系统的电气控制部分是很重要的［3］。芯片测试机的主要控制器采用三菱FX3U系列PLC。PLC主要给出激励信号及对传送过来的信号进行处理，控制各个部分协调运行。系统控制框图如图2所示。

图2 系统控制框图

步进电机的驱动采用SMART STEP A系列驱动器，该驱动器具有正反转输出、报警、复位等功能，与PLC的接口非常简单［4］。为节省PLC的I／O口，并具有良好的人机界面，选用MCGS TPC7062K触摸屏。通过触摸屏可方便地对控制对象进行控制及运行监视，通过界面修改PLC内部寄存器的数值，从而修改系统中相应的设定值。

3 软件设计

PLC是整个系统控制的核心，初始化程序使两台步进电机A、B复位，使PLC中内部相关寄存器、计数器等复位。由于芯片测试分选机工作时处于快节奏状态，可能会出现卡料及其他不正常情况，程序中设置了各种报警功能，通过MCGS界面可以监控整个系统安全运行。为了便于调试，程序中设计了手动功能。其程序总体结构图如图3所示。

图3 程序总体结构图

4 结语

该芯片测试分选机通过使用三菱FX系列PLC控制，能够实现系统中各部分功能协调工作，通过使用步进电机控制旋转吸盘和分选机构实现了精确定位，达到了设计要求。通过人机界面实现了设备各部分的状态显示、动态修改相关参数、显示故障类型并报警等。实验证明，该测试分选机能够满足生产需要，很大程度上提高了生产效率。

［1］向晓汗，王宝银.三菱系列PLC完全精通教程［M］.北京：化学工业出版社，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］张素枝.基于PLC控制技术的电容测试分选机［J］.电子工业专用设备，2009（10）：46－48.

［4］郑海红，辛伟，荆萌，等.CSFX－120薄膜电容测试分选机的结构设计［J］.太原科技，2009（6）：95－96.