基于PLC控制技术的芯片测试分选机

陈志峰

[摘    要]随着我国科技的不断进步，IC芯片技术也广泛运用于各个领域中。在电子集成度日益提高的背景下，各个产业对IC芯片的需要量愈来愈大，而IC芯片质量的优劣又极大地影响着电子的制作品质，所以对于IC芯片的检测分选一直是电子产品生产过程中不可忽视的重要环节。文章基于PLC控制技术的芯片测试分选机进行分析，希望能为相关工作人员提供参考。

[关键词]PLC控制技术;芯片;测试分选机

[中图分类号]TP273 [文献标志码]A [文章编号]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芯片体积小便于携带，所在各个行业得到了广泛应用。在生产过程中，若使用人工进行检测分选工作时，易产生漏检或误检，严重影响了工业产品的制造合格率，同时也增加了劳动成本，使检测及分选工作的效能降低。而采用PLC控制和触摸屏操作的检测分选机测量精度较高、人机界面设计良好、工作可靠性较强，大量运用在工业产品中，大大提高了制造工作效率。因此，在PLC控制技术背景下的芯片测试分选机进行讨论是非常有意义的。

1 相关概念概述

1.1 PLC控制

PLC控制器是在序列控制设备的工艺技术基石上融入了现代微信息技术、电子计算器、自动控制系统，以及通信等所产生的又一批新兴工业生产过程控制设备。其目的是代替传统继电器控制开关、执行逻辑门、记时间、计算等传统顺序控制功能，从而形成了更加柔性的远程控制设备。其具备通用度强、应用简便、自适应范围广、可信度高、抗干扰力量强、程序简便等优势。

PLC内部工作模式通常都是使用循环扫描工作模式，但在部分PLC中添加了间歇工作模式。在使用者需要将用户程序调试工作结束之后，使用程序设计器将其程式载入PLC内存中，同时将现场的输入输出信号与被控制器中的执行元件，对应的联系到输入输出模块的输入端与输出模块的输出端，然后将PLC管理工作方式选择为执行工作方法，而以后的管理工作也将由PLC进行用户程序去进行。

1.2 芯片测试分选机

IC芯片在进行加工制作的工序之后，还必须一一加以测试与分级，将芯片分类存放有助于芯片的合理利用。测试分类机是将已通过预定生产工艺制造的半导体设备电连接于测量装置并且依照测量结果，将半导体设备分级的装置。

当人们在对芯片检测后，传统的分类方式是靠人工分类存放的。其不但工作效率较低，还易出现错误。目前PLC控制技术中已有自动化检测分选机，包含能把堆叠的实料盘逐一分开的上料实托盘分离输入设备以及料船模组设备。

2 分选机与测试系统通信原理

由分类机发出起始检测信息（STARTOFTEST）给检测控制系统，检测控制系统接收到分类机发来的SOT信息后进行检测，检测完成后把终止检测信息（END OF TEST）反馈给分类机。分选机在接受到测量控制系统反馈的EOT信息之后再次传输SOT信息给测量控制系统，这样循环往复。

目前，在电子行业中使用的IC芯片分选和检测主要有2种方式：①将检测和分选两种过程在同一个装置上同时进行，该方法设备动作速度慢，生产率也较低：②在一个装置上同时进行检测过程，然后再通过所检测到的芯片特征参数信息，将其记录下来并传输到另一个装置上进行分选，这种工作方法设备分选速率较快，分选效率得到了一定提高，但该种方法会造成数据在传递的过程中产生误差。

IC晶片分选机的分选流程，一般可以分成2个过程：晶片参数测试和晶片类型划分。先将待检测的芯片置于一高频率振动盘中，即分选机的输出机构，芯片在高频震荡下进入芯片输出槽，然后再把芯片送入测量装置中，并检测芯片的某些参数（如电压、波长等），进而根据上述技术参数将芯片分成多种不同的类型。在对芯片参数测量完毕后，利用气压泵的气体压力将芯片吹进玻璃导料管，同时测量机构上的积分球产生的电信号也进行分类动作。因此，芯片参数检测是整个集成电路芯片分类过程中最重要的过程之一。当检测站检测后确认IC芯片为某型号时，通过分拣机制最终分配给专用接收设备。整个检测机构固定在分拣机的分拣平台上，所有预载作用于检测机构上的回位弹簧机构，阀弹簧机构负责左臂和右手的回位，将左臂和右手置于支撑板导轨上，由伺服电机推动的凸轮旋转，在凸轮机构两侧由二个水平方向放置的轴承相互联系，滚动支座分别与左臂和右手通过销轴相连，而探测器组件则与左臂通过固定相连，最终伺服电机的转动推动了探测器组件的相向运动，进而导致了探测器和芯片之间的直接接触，从而通电。

3 测试分选机的主要组成部分

测试分拣机主要由三维视觉针测试模块、标记检测模块、旋转柔性吸持模块、振动供给模块、气轨物料输送模块、激光打标模块等组成。

工作流程为：通过气轨送料模块系统，利用稳定气体将IC芯送至振动盘，利用振动盘的高频振动增加芯片序列蠕变，并向前移动至旋转智能吸料怪物捕捉机构，完成三维视觉针测试、标记测试、激光打标、电气性能测试等，在测试过程中，如果有不合格品，将通过分级机制过滤出不良品。

3.1 三维视觉管脚检测模块

视觉系统中提供了两种工位分别检查2D和3D图片的采集。2D检查则是利用漫反射板对光的漫反射技术，将光源直接投射到晶片上，之后再由摄像头捕获棱镜在反光的物体前方。至于3D检查系统，則是由相机直接抓取棱镜所反射的侧边，进而通过对目标图片进行边界抽取以及轮廓追踪等的方法获得，通过匹配识别确定芯片引脚的数量和位置。利用定位信息，可以判断每个销的宽度、高度和距离等技术参数，而通过数量信息则能够确定出还没有断掉的管脚。利用三维视觉和管脚测量模块将所测量的信号经过RS-485传递给PLC。

3.2 气轨送料模块

气轨道给模块一般分为轨体、轨槽、空腔、进气空腔、滑槽、阻流板等。其中有轨槽、电子元件在轨体上移动，轨体下有空腔与轨体上空腔相连的进气口，以及多个相互平行并连接在轨道槽中的倾斜槽。进气室和溜槽之间的中心有一个阻流板。阻风门板可用于调整进气口方向，合理分流进气口，防止气体从最近的地方直接吹出斜槽。工作时，首先将IC芯放入轨道槽中，用压缩空气断路器从进气口直接进入轨道腔，然后从每个滑槽中吹出。通过均匀分布的气体引导晶圆以悬浮方向移动，减少晶圆与轨道之间的相互影响，从而延长轨道的使用寿命，也降低晶圆运输过程中的损坏率。

3.3 振动进料模块

振动式进料模块系统使用的内螺旋导轨振动类型。内螺杆震动盘是一种外凹的圆盘体，盘身上有内螺杆轨迹，外端设有一条沟槽，将输出平台安装在沟槽内。工作时，利用电子振荡驱动机构的高频振荡，将晶片顺着震动盘内螺杆导轨按整列顺序前行至输出平台，由输入平台将排好的晶片送入下一道工位。

3.4 旋转吸盘抓取模块

螺旋吸盘分为定位盘、上阀体、下阀体、吸嘴、通孔、转盘等。转盘包含下阀体，上阀体包含在下阀体的上表面。其位置盘位于上阀体的顶部。通过位置盘与上阀体之间的阀簧，上阀体与下阀体按轴向长度逐渐拧紧，并在下阀体周围均匀布置多个进气口，下进气口通过吸气嘴与吸气管连接。在上部阀体中，有一个小孔，与下部气孔相对。通过调整，电磁阀同时也实现了上吸嘴的抽、放气芯片等功能，当电磁控制阀开启时，上旋钮移动，而下阀体转动，上阀体时也保持不转动，当过贯穿的孔与气洞正对时，吸嘴仍然可以吸住晶片，但当穿过孔与气洞正好不对时，因为与其他气洞之间的空隙远远小于气洞本身的孔径，在真空泵的助力下，吸嘴仍然能够吸住晶片，并且转盘还能够驱动晶片切换不同的测试工位，从而实现了各种测试。

4 电气控制

整体控制系统的重要就是要使各个部门配合工作，所以整体管理系统的电气控制部门也是非常重要的。芯片测试机的主体控制单元选用了三菱FX3U系列单片机PLC，PLC首先提供激励信息并对传输出去的信息进行管理，控制系统所有部门均配合工作。

5 硬件设计

在硬件设计时，使用了三菱48新型晶体管PLC作为控制台。FX是上海三菱电器有限公司出品的全新产品，性能稳定，自带两路输入信号电位仪，8000步RAM的存储能力，同时还可以接入各种扩充功能模块，包括特别的功能模组。晶体管型主控单元，可以同步输出2点100 kHz脉冲。同时设置有7条独特的定位命令，包含零返回、绝对及相对位置的表达方式和特定脉冲电路输出限制命令，通过三菱256色的5寸触摸屏人机交互界面，通过RS232和PLC实现通信，并且还可以即时监测设备的工作状况。PLC控制器一般分为电源模块、操控输入模组、操控传输模块三部分，其中电源模块的主要应用范围包括设备控制器开关量输入电源、芯片存储输出装置和给料装置控制器电源及其电磁阀开关电源等，操控输入模组包含25个开关量输入点，工程设计控制器按钮、方式转换开关、限位开关和光电开关等输入输出元器件和相关线路;操控传输模块包含25个开关量输出点，设计包括设备控制器接口及其说明灯、电磁控制器和真空电磁阀等入口及输出元器件。

6 软件设计

PLC是对整个系统控制的核心设备，在利用系统初始化过程中将二个步进电机A、B复位工作后，再将PLC中内置的相关寄存器、计量器等设备进行复位。因为经过芯片测试后的分选机工作时处于快节奏工作状态，可能会出现卡料或者其他的错误情况，所以人们就在程序中设置了各种报警功能，这样通过MCGS界面就能够检查整个系统的稳定性和正常工作状态。为方便调试，在程序中设置了手动功能。

7 结束语

该芯片设计测试分选机，由于采用了三菱FX系统单片机PLC控制器，可以做到与控制系统中的各组成部分功能配合工作，并根据采用了步进电动机调节的回转吸盘和分类机关进行了准确位置，基本满足了设计需要。经过对人机界面进行了设备中各组成部分的状态指示、动态调整有关参数、提示故障类型以及告警等。经试验证明，该测试分选机可以适应制造要求，在较大程度上提升了制造效率。

参考文献

[1] 徐银森，吴华.基于PLC的芯片测试分选机设计[J].机电信息，2015（15）：2.

[2] 孟蝶，杨刚，杨锋，等.基于PLC控制技术的高压整流桥芯片测试分选机[J].机电产品开发与创新，2014（6）：140-141.