專利名稱：全自動上芯機(jī)及其控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光機(jī)電一體化中芯片生產(chǎn)設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，具體是指一種全自動上芯機(jī)及其控制方法。
背景技術(shù)：
IC制造中的核心和關(guān)鍵裝備包括制芯(前工序)和封裝(后工序)兩大部分。前工序裝備發(fā)展的趨勢是研制新型超精細(xì)光刻機(jī)等設(shè)備；而后工序裝備則是發(fā)展與更密、更小、更輕的新型封裝工藝相適應(yīng)的高速高精度、低成本的封裝設(shè)備，并實現(xiàn)整個封裝過程的完全自動化。
上芯機(jī)是半導(dǎo)體后工序生產(chǎn)線的關(guān)鍵設(shè)備之一，它主要完成對芯片進(jìn)行各種可靠的質(zhì)量檢測、精確的定位，并送到下一工序進(jìn)行引線封裝。目前，我國尚無上芯機(jī)的自主研制開發(fā)，芯片生產(chǎn)企業(yè)的全自動上芯機(jī)幾乎全部依賴進(jìn)口，不僅每年耗資上億美元，增加生產(chǎn)成本，而且還嚴(yán)重影響我國IC產(chǎn)業(yè)在國際市場上的競爭能力，同時在某種程度上也影響我國芯片自主生產(chǎn)的水平和能力，不利于電子工業(yè)長期、穩(wěn)定、健康的發(fā)展。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足之處，提供一種全自動上芯機(jī)及其控制方法。該上芯機(jī)實現(xiàn)了對芯片的質(zhì)量檢測和快速綁定，快速封裝三極管，同時解決了該類設(shè)備復(fù)雜機(jī)械多任務(wù)調(diào)度的技術(shù)難題。
本發(fā)明的目的通過下述技術(shù)方案實現(xiàn)所述全自動上芯機(jī)包括機(jī)架，所述機(jī)架下端固定有控制箱，頂端安裝有晶圓臺和送料槽，所述晶圓臺下方安裝有頂針，所述送料槽兩端分別連接有上料器和下料器，并連接有勾爪和焊接臂，其上方安裝有圖像采集裝置，下方安裝有加熱器，所述圖像采集裝置與控制箱中的控制電路相連接。
為了更好地實現(xiàn)本發(fā)明，所述晶圓臺包括晶元盤，所述晶元盤通過X方向傳動絲桿和Y方向傳動絲桿分別連接有X方向步進(jìn)電機(jī)和Y方向步進(jìn)電機(jī)，所述X方向傳動絲桿和Y方向傳動絲桿還分別連接有X方向傳感器和Y方向傳感器，所述X方向傳感器和Y方向傳感器通過信號放大電路板與控制電路相連接，所述X方向步進(jìn)電機(jī)和Y方向步進(jìn)電機(jī)通過驅(qū)動板卡與控制電路相連接。所述送料槽包括凹槽，所述凹槽下部固定有步進(jìn)電機(jī)，所述步進(jìn)電機(jī)依次通過皮帶、傳動裝置、雙凸輪和連桿與勾子相連接，構(gòu)成勾爪結(jié)構(gòu)，并通過驅(qū)動板卡與控制電路相連接，所述傳動裝置還連接有勾爪傳感器，所述凹槽兩端分別安裝有上料檢測傳感器和下料檢測傳感器，所述勾爪傳感器、上料檢測傳感器和下料檢測傳感器分別通過信號放大電路板與控制電路相連接。所述上料器包括上料槽，所述上料槽連接有鏟料臺，所述鏟料臺通過連桿連接有偏心轉(zhuǎn)輪，所述偏心轉(zhuǎn)輪分別連接有步進(jìn)電機(jī)和位置傳感器，所述位置傳感器通過信號放大電路板與控制電路相連接，所述步進(jìn)電機(jī)通過驅(qū)動板卡與控制電路相連接。所述下料器包括步進(jìn)電機(jī)，所述步進(jìn)電機(jī)通過傳動絲桿和推動桿連接有下料承接盤，并通過驅(qū)動板卡與控制電路相連接，所述下料承接盤上方固定有料盒，所述下料承接盤與料盒之間開有下料缺口，所述步進(jìn)電機(jī)一側(cè)還安裝有位置傳感器，所述位置傳感器通過信號放大電路板與控制電路相連接。所述焊接臂包括Z軸和Y軸伺服電機(jī)，所述Z軸和Y軸伺服電機(jī)分別通過傳動皮帶和四連桿連接有吸嘴，并通過驅(qū)動板卡與控制電路相連接，所述Z軸和Y軸伺服電機(jī)還分別連接有位置傳感器，所述位置傳感器均通過信號放大電路板與控制電路相連接。所述圖像采集裝置由攝像頭、鏡頭和光源相互連接組成，所述攝像頭與焊接臂的四連桿相連接。所述頂針的針頭置于針盒內(nèi)，所述針頭外套有加固器，其前端安裝有吸嘴，后端安裝有固定器，并與松緊調(diào)整盤相連接，所述松緊調(diào)整盤分別連接有X方向調(diào)整螺絲和Y方向調(diào)整螺絲，并通過傳動裝置與步進(jìn)電機(jī)相連接，所述步進(jìn)電機(jī)安裝有位置傳感器，并通過驅(qū)動板卡與控制電路相連接，所述位置傳感器通過信號放大電路板與控制電路相連接。所述控制電路由運(yùn)動控制卡組成。
所述全自動上芯機(jī)的控制方法包括如下步驟和工藝條件啟動全自動上芯機(jī)；上料檢測傳感器檢測無引線框架，上料器把一條新的引線框架鏟出來；勾爪從上料器里勾取引線框架，并沿著送料槽次第往前送；圖像采集裝置對晶元臺對應(yīng)位置上的晶片不斷進(jìn)行圖像采集，并將圖像信號傳輸給控制電路，控制電路中的視覺檢測系統(tǒng)進(jìn)行圖像處理分析；判斷晶片合格時，頂針吸嘴把晶元盤的塑料薄膜緊緊吸住，然后頂針把塑料薄膜刺穿并頂起圓晶片，同時焊接臂移動到晶圓臺上方，其吸嘴對圓晶片進(jìn)行吸取，再移動到送料槽上方，把圓晶片貼到送料槽上的引線框架對應(yīng)位置上；在送料槽后半部下方的加熱器不斷地加熱送料槽上的引線框架，使放在引線框架上的圓晶片和引線框架粘合在一起；勾爪把完成芯片貼裝的引線框架送進(jìn)下料器；下料檢測傳感器檢測料盒是否裝好，封裝好的料盒向下移動出料。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點和有益效果1、為滿足IC后工序生產(chǎn)設(shè)備高速高精度高可靠性的要求，本發(fā)明完全采用Linux系統(tǒng)進(jìn)行視覺圖像處理和運(yùn)動控制系統(tǒng)開發(fā)，避免了現(xiàn)有基于Windows系統(tǒng)下的圖像采集和處理系統(tǒng)在實時性方面的穩(wěn)定性和速度限制，同時也克服了基于DOS系統(tǒng)存在內(nèi)存640K限制及界面設(shè)計困難的不足。
2、在Linux操作系統(tǒng)下，實現(xiàn)了多線程的調(diào)度算法，提高了程序系統(tǒng)資源的利用率和執(zhí)行效率。本發(fā)明將系統(tǒng)的控制任務(wù)劃分為多個并發(fā)任務(wù)，可以提高CPU、內(nèi)存等資源的利用率，同時也可以從總體上減少系統(tǒng)執(zhí)行的時間。本發(fā)明提高了系統(tǒng)的可理解性，方便管理和構(gòu)建，方便性能分析。
3.Unix/Linux上傳統(tǒng)GUI系統(tǒng)采用客服/服務(wù)器結(jié)構(gòu)，效率低，不適合嵌入式系統(tǒng)的實時需要。本發(fā)明采用MiniGUI設(shè)計界面，有效克服了上述缺陷。
4、IC生產(chǎn)后工序關(guān)鍵設(shè)備要求控制系統(tǒng)在穩(wěn)定性方面要求較高，Linux操作系統(tǒng)不僅有效克服現(xiàn)有IC后工序生產(chǎn)設(shè)備在穩(wěn)定性、可靠性等方面的瓶頸技術(shù)，也是IC后工序關(guān)鍵生產(chǎn)設(shè)備國產(chǎn)化的必然發(fā)展方向。本發(fā)明不但在Linux操作系統(tǒng)下實現(xiàn)全自動上芯機(jī)的控制方案，可以對芯片進(jìn)行質(zhì)量檢測和快速綁定，快速封裝三極管，同時完成多任務(wù)協(xié)調(diào)處理調(diào)度器的開發(fā)，可解決該類設(shè)備復(fù)雜機(jī)械多任務(wù)調(diào)度的技術(shù)難題。


圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明中晶圓臺的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是本發(fā)明中上料器的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4和5是本發(fā)明中送料槽的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖6是本發(fā)明中焊接臂及圖像采集裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖7和8是本發(fā)明中頂針的結(jié)構(gòu)示意圖；圖9和10是本發(fā)明中下料器的結(jié)構(gòu)示意圖；圖11是本發(fā)明中傳感器信號放大電路板的電路原理圖；圖12是本發(fā)明中電動機(jī)驅(qū)動板卡的電路原理圖；圖13是本發(fā)明中Linux平臺系統(tǒng)多任務(wù)基本結(jié)構(gòu)示意圖；圖14是本發(fā)明的界面設(shè)計示意圖；圖15是本發(fā)明的控制軟件結(jié)構(gòu)圖；圖16是本發(fā)明中多任務(wù)協(xié)調(diào)處理組件間依賴關(guān)系圖；圖17是本發(fā)明的控制序列圖；圖18是本發(fā)明的控制時序圖；圖19是本發(fā)明系統(tǒng)控制流程圖。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖和實施例，對本發(fā)明做進(jìn)一步地詳細(xì)說明，但本發(fā)明的實現(xiàn)方式并不局限于此。
如圖1所示，本實施例所述全自動上芯機(jī)包括機(jī)架1，機(jī)架1下端固定有控制箱2，頂端安裝有晶圓臺3和送料槽5，晶圓臺3連接有頂針9，送料槽5兩端分別連接有上料器4和下料器10，并連接有勾爪6和焊接臂7，其上方安裝有圖像采集裝置8，下方安裝有加熱器100，圖像采集裝置8與控制箱中的控制電路相連接。其中，機(jī)架1為整個機(jī)器提供穩(wěn)定運(yùn)行平臺，同時保護(hù)控制箱2；控制箱2主要實現(xiàn)電路控制、電機(jī)驅(qū)動、視覺檢測等一系列控制、檢測工作；晶圓臺3主要實現(xiàn)晶元盤的步距移動；上料器4主要將原始的引線框架放入其中；送料槽5是引線框架的運(yùn)行路徑；勾爪6將框架次序的向前送，實現(xiàn)傳動功能；焊接臂7實現(xiàn)將晶片拾取、綁定在引線框架上；圖像采集裝置8采集獲取穩(wěn)定的晶片圖像，并傳入控制電路中的圖像處理系統(tǒng)，配合整機(jī)工作；頂針9與焊接臂7配合，保證每次焊接僅有一粒晶片被吸取、焊接；下料器10用于存儲綁定好的引線框架。
如圖2所示，晶圓臺3包括晶元盤17，晶元盤17通過X方向傳動絲桿13和Y方向傳動絲桿14分別連接有X方向步進(jìn)電機(jī)12和Y方向步進(jìn)電機(jī)11，X方向傳動絲桿13和Y方向傳動絲桿14還分別連接有X方向傳感器16和Y方向傳感器15，X方向傳感器16和Y方向傳感器15與控制電路相連接。晶圓臺3在X方向步進(jìn)電機(jī)12和Y方向步進(jìn)電機(jī)11以及X方向傳動絲桿13和Y方向傳動絲桿14的作用下實現(xiàn)晶元盤17按照規(guī)劃好的路徑移動。晶元盤17移動后，為圖像采集裝置8提供穩(wěn)定的視覺圖像源。X方向傳感器16和Y方向傳感器15用于X方向步進(jìn)電機(jī)12和Y方向步進(jìn)電機(jī)11的初始化位置零點確定。
如圖3所示，上料器4包括上料槽19，上料槽19連接有鏟料臺18，鏟料臺18通過連桿20連接有偏心轉(zhuǎn)輪21，偏心轉(zhuǎn)輪21分別連接有步進(jìn)電機(jī)22和位置傳感器23，位置傳感器23與控制電路相連接。上料器4將需綁定晶片的引線框架放入上料槽19中，步進(jìn)電機(jī)22驅(qū)動偏心轉(zhuǎn)輪21運(yùn)動，通過連桿20帶動鏟料臺18伸縮運(yùn)動，實現(xiàn)將上料槽19中的引線框架一條一條鏟出，供后續(xù)流水線工作。位置傳感器23用于步進(jìn)電機(jī)22初始化時零點位置的確定。
如圖4和5所示，送料槽5包括凹槽28，凹槽28下部固定有步進(jìn)電機(jī)24，步進(jìn)電機(jī)24依次通過皮帶25、傳動裝置27、雙凸輪31和連桿33與勾子32相連接，構(gòu)成勾爪6結(jié)構(gòu)；傳動裝置27還連接有勾爪傳感器26，凹槽28兩端分別安裝有上料檢測傳感器29和下料檢測傳感器30，勾爪傳感器26、上料檢測傳感器29和下料檢測傳感器30分別與控制電路相連接。送料槽5完成引線框架的傳遞功能。步進(jìn)電機(jī)24通過皮帶25的帶動作用，使傳動裝置27帶動雙凸輪31，雙凸輪31的旋轉(zhuǎn)引起勾子32的上下往復(fù)運(yùn)動。合理設(shè)計雙凸輪31的大圓、小圓半徑大小可精確控制每次勾子32運(yùn)動，實現(xiàn)引線框架一個焊接位置的移動。連桿33帶動另一個勾子32同步運(yùn)動。凹槽28是勾子32向下運(yùn)動的預(yù)留空間。勾爪傳感器26在步進(jìn)電機(jī)24初始化時確定初始化位置，上料檢測傳感器29和下料檢測傳感器30分別完成上料、下料的檢測功能。
如圖6所示，焊接臂7包括Z軸和Y軸伺服電機(jī)35、41，Z軸和Y軸伺服電機(jī)35、41分別通過傳動皮帶34和四連桿36連接有吸嘴37，Z軸和Y軸伺服電機(jī)35、41還分別連接有位置傳感器43、42，位置傳感器43、42均與控制電路相連接。圖像采集裝置8由攝像頭40和鏡頭39相互連接組成，并連接有同軸光源38，攝想頭40與焊接臂7的四連桿36相連接。焊接臂7實現(xiàn)晶元盤17上拾取晶片并放到引線框架上的功能。Z軸和Y軸伺服電機(jī)35、41通過傳動裝置實現(xiàn)對四連桿36的控制，四連桿36實現(xiàn)上下前后往復(fù)運(yùn)動，帶動吸嘴37完成晶片拾取、放置功能。焊接臂7采用了伺服電機(jī)，其驅(qū)動采用伺服驅(qū)動模塊，以提高焊接臂7運(yùn)動的速度、精度和穩(wěn)定性。支架44起固定作用，同軸光源38、鏡頭39和攝像頭40組成圖像采集的前端裝置。位置傳感器43、42在Z軸和Y軸伺服電機(jī)35、41初始化時確定其零點位置。
如圖7和8所示，頂針9的針頭53置于針盒45內(nèi)，針頭53外套有加固器54，其前端安裝有吸嘴52，后端安裝有固定器55，并與松緊調(diào)整盤51相連接，松緊調(diào)整盤51分別連接有X方向調(diào)整螺絲47和Y方向調(diào)整螺絲48，并通過傳動裝置46與步進(jìn)電機(jī)50相連接，步進(jìn)電機(jī)50安裝有位置傳感器49，位置傳感器49與控制電路相連接。頂針9完成將合格的晶片頂起配合焊接臂7的工作。針盒45保護(hù)針頭53，步進(jìn)電機(jī)50通過傳動裝置46的傳動實現(xiàn)針頭53的上下運(yùn)動，X方向調(diào)整螺絲47和Y方向調(diào)整螺絲48實現(xiàn)對針頭53兩個方向的微調(diào)，松緊調(diào)整盤51實現(xiàn)對針頭53安裝卸載的松緊調(diào)節(jié)，吸嘴52在針頭53向上運(yùn)動上將晶元盤17的塑料膜吸住，加固器54和固定器55為固定裝置，位置傳感器49在步進(jìn)電機(jī)50初始化時確定零點位置。
如圖9和10所示，下料器10包括步進(jìn)電機(jī)58，步進(jìn)電機(jī)58通過傳動絲桿60和推動桿55連接有下料承接盤56，下料承接盤56上方固定有料盒57，所述下料承接盤56與料盒57之間開有下料缺口54，步進(jìn)電機(jī)58一側(cè)還安裝有位置傳感器59，位置傳感器59與控制電路相連接。下料器10實現(xiàn)將封裝好的引線框架存貯的功能。綁定好的引線框架從送料槽5傳輸?shù)较铝先笨?4，繼續(xù)往料盒57里面送，每送一條，料盒57下移一個。當(dāng)料盒57裝滿后，步進(jìn)電機(jī)58通過傳動絲桿660的傳動作用將料盒57送到下料承接盤56上，然后推動桿55將料盒57推出。
所有傳感器通過信號放大電路板與控制電路相連接，所有電機(jī)通過驅(qū)動板卡與控制電路相連接，控制電路由運(yùn)動控制卡(采用Galil公司的DMC9400型)組成。
如圖11所示，信號放大電路板的主要功能是將采集到的傳感器信號整形后，通過接口與運(yùn)動控制卡的I/O點相連。S1～S8表示傳感器。其中傳感器S1、S2距離較遠(yuǎn)，存在信號衰減，需加入放大電路，引腳3為其主要的信號線，信號經(jīng)過運(yùn)算放大器LM393的放大作用，通過四2輸入端與非門(CD74HC132E)作用后，然后同相8總線收發(fā)器(741s641)相連，其他6路傳感器信號直接通過上拉電阻作用后與同相8總線收發(fā)器相連，實現(xiàn)接口與運(yùn)動控制卡的I/O相連。
如圖12所示，驅(qū)動板卡的主要功能是將運(yùn)動控制卡發(fā)出的脈沖和方向信號經(jīng)過電路變換后，作為步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動信號。其原理如下電路板接收到控制卡的脈沖和方向信號后，通過光電隔離電路(6N137等器件完成)，慮除干擾信號，然后作為單片機(jī)(型號為AT89C2051)的輸入信號，通過單片機(jī)內(nèi)部程序變?yōu)閮上嗨呐牡牟竭M(jìn)電機(jī)控制信號，四個控制信號分別通過AT89C2051(P1.2、P1.3、P1.4、P1.5)四個輸出端口與放大電路相連，放大電路主要由實現(xiàn)該放大原理的芯片(SLA7026)完成。每個SLA7026的分為四路輸出信號控制一個步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)動，每塊驅(qū)動板實現(xiàn)三個步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動。
如圖13所示，在精簡Linux下，除人機(jī)交互由幾個線程實現(xiàn)之外，任務(wù)調(diào)度器和其它各個任務(wù)均作為一個線程實現(xiàn)。系統(tǒng)啟動后，首先初始化各種系統(tǒng)參數(shù)，對各個機(jī)械部件進(jìn)行復(fù)位操作，啟動調(diào)度器和人機(jī)交互界面。通過人機(jī)交互界面，用戶可以對各種系統(tǒng)參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，觀察到視覺系統(tǒng)采集到并經(jīng)放大的晶片圖像信息以及系統(tǒng)當(dāng)前狀態(tài)信息，此外還可以對系統(tǒng)各個任務(wù)進(jìn)行單步調(diào)試，全部功能正常時可啟動系統(tǒng)進(jìn)行全自動流水線操作。任務(wù)調(diào)度器是整個系統(tǒng)的核心，它負(fù)責(zé)處理各個任務(wù)遞交的請求，這些請求通常是任務(wù)要執(zhí)行下一步操作必須滿足的信號，即與不同任務(wù)之間同步的信號，這些信號包括硬信號和軟信號。通過這種集中調(diào)度的方式，極大方便了各個任務(wù)之間邏輯、信號關(guān)系的分析和程序設(shè)計，解決了多線程編程中的死鎖、資源競爭等問題。此外，系統(tǒng)還設(shè)計了一個軟看門狗，任務(wù)執(zhí)行超時，自動喚醒看門狗程序，保證上芯機(jī)系統(tǒng)安全可靠停機(jī)。
如圖14所示，本發(fā)明另外一個比較重要的工作是對人機(jī)交互的界面設(shè)計，控制系統(tǒng)采用minigui的界面設(shè)計方案，minigui是飛漫公司開源產(chǎn)品，設(shè)計主要參照用戶使用文檔和開發(fā)文檔。
本實施例的軟件實現(xiàn)方案如下為最大限度的保證整個系統(tǒng)在實時性方面的要求，系統(tǒng)構(gòu)建采用精簡的Linux操作系統(tǒng)。通過運(yùn)用Linux系統(tǒng)下的多線程管理，實現(xiàn)上芯機(jī)系統(tǒng)的任務(wù)分配，開發(fā)了多任務(wù)協(xié)調(diào)與優(yōu)化的調(diào)度算法，通過核心的調(diào)度算法實現(xiàn)多線程協(xié)調(diào)工作，并完成了晶片檢測、晶片框架傳輸、晶片框架上、下料和晶片綁定以及人性化的界面操作等多個功能。在運(yùn)動控制方面，本實施例采用專業(yè)的運(yùn)動控制卡完成相關(guān)的控制工作。本實施例所述全自動上芯機(jī)的界面設(shè)計采用了根據(jù)嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用特點而量身定做的MiniGUI界面設(shè)計系統(tǒng)。
如圖15所示，本實施例的控制過程可以分為運(yùn)動控制、圖像處理和圖形用戶界面三部分，這些控制程序都是在系統(tǒng)提供的函數(shù)庫的基礎(chǔ)上開發(fā)的。其中，運(yùn)動控制函數(shù)庫是由Galil公司提供的控制電機(jī)運(yùn)動的API接口，可以實現(xiàn)對電機(jī)高速、高精度的控制。大恒公司提供DH-CG400基本的采集圖像函數(shù)接口，圖像處理采用的是Intel公司的IPP(Integrated PerformancePrimitives)圖像處理函數(shù)庫。IPP是一個跨平臺的信號與多媒體軟件庫，包含一個將功能從底層處理器抽象出來的低級層。這樣，應(yīng)用程序就可以透明地使用英特爾體系結(jié)構(gòu)的最新增強(qiáng)功能，例如MMX技術(shù)、SSE技術(shù)、SSE2技術(shù)以及Itanium體系結(jié)構(gòu)和Intel XScale微體系結(jié)構(gòu)。本實施例中，采用北京飛漫軟件技術(shù)公司開發(fā)的MiniGUI輕量級圖形用戶界面支撐函數(shù)庫。MiniGUI是一個面向Linux實時嵌入式系統(tǒng)的輕量級的圖形用戶界面支持系統(tǒng)，非常成熟和穩(wěn)定，已在Intel x86、ARM、PowerPC、MIPS等硬件平臺驗證，廣泛應(yīng)用于工業(yè)數(shù)控系統(tǒng)、手持信息終端產(chǎn)品和金融終端等方面。
如圖16所示，多任務(wù)協(xié)調(diào)處理模塊是本實施例控制系統(tǒng)軟件的核心，其功能類似于操作系統(tǒng)的調(diào)度器。在本實施例的控制系統(tǒng)中，整個系統(tǒng)的功能由多個任務(wù)來共同實現(xiàn)，這些任務(wù)按照特定的順序并發(fā)執(zhí)行。由于這些任務(wù)必須按照特定的時序執(zhí)行，彼此之間需要進(jìn)行通信，如果讓這些任務(wù)直接交互會導(dǎo)致任務(wù)之間緊密的耦合關(guān)系，很容易死鎖。多任務(wù)協(xié)調(diào)處理模塊充當(dāng)了各子任務(wù)之間協(xié)調(diào)者的角色，負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)各子任務(wù)的同步。這樣，各個子任務(wù)之間就不需要直接進(jìn)行通信，彼此具有松散的耦合關(guān)系，而且還可以獨(dú)立的改變它們之間的交互。多任務(wù)協(xié)調(diào)處理模塊由多線程組件、異常處理組件、控制接口組件以及線程池組件四部分組成。
如圖17所示，UML序列圖詳細(xì)地描述了本實施例系統(tǒng)對象與外部系統(tǒng)的交互。圖中的縱向維代表時間，按時間先后依次向下排序。橫向維代表不同的對象。對象被表示為對象生命線，即它們在特定時間的存在狀態(tài)。箭頭表示對象之間的消息。生命線中的激活點指示對象執(zhí)行動作的時段。
如圖18所示，本實施例的上芯機(jī)系統(tǒng)作為一個實時控制系統(tǒng)，在提高硬件設(shè)施如CPU、電機(jī)、運(yùn)動控制卡等和軟件設(shè)施如操作系統(tǒng)、圖像處理庫的性能的同時，精確計算各步驟運(yùn)行時間，協(xié)調(diào)優(yōu)化整個系統(tǒng)的效率也是至關(guān)重要的。時序圖詳細(xì)地描述了系統(tǒng)每一個部分焊接臂的Y軸、Z軸及其吸嘴、頂針及其吸嘴、晶圓臺運(yùn)行的時間順序。圖中所有動作的運(yùn)行時間與先后順序都是經(jīng)過多次調(diào)試所獲得，展示了系統(tǒng)的最優(yōu)的整體協(xié)調(diào)性。
如圖19所示，本實施例所述全自動上芯機(jī)的控制過程包括如下步驟和工藝條件啟動全自動上芯機(jī)；上料檢測傳感器檢測無引線框架，上料器把一條新的引線框架鏟出來；勾爪從上料器里勾取引線框架，并沿著送料槽次第往前送；(此時重復(fù)前一步工作)圖像采集裝置對晶元臺對應(yīng)位置上的晶片不斷進(jìn)行圖像采集，并將圖像信號傳輸給控制電路，控制電路中的視覺檢測系統(tǒng)進(jìn)行圖像處理分析；判斷晶片合格時，頂針吸嘴把晶元盤的塑料薄膜緊緊吸住，然后頂針把塑料薄膜刺穿并頂起圓晶片，同時焊接臂移動到晶圓臺上方，其吸嘴對圓晶片進(jìn)行吸取，再移動到送料槽上方，把圓晶片貼到送料槽上的引線框架對應(yīng)位置上；在送料槽后半部下方的加熱器不斷地加熱送料槽上的引線框架，使放在引線框架上的圓晶片和引線框架粘合在一起；勾爪把完成芯片貼裝的引線框架送進(jìn)下料器；下料檢測傳感器檢測料盒是否裝好，封裝好的料盒向下移動出料。
如上所述，即可較好地實現(xiàn)本發(fā)明。
權(quán)利要求
1.一種全自動上芯機(jī)，其特征是，包括機(jī)架，所述機(jī)架下端固定有控制箱，頂端安裝有晶圓臺和送料槽，所述晶圓臺下方安裝有頂針，所述送料槽兩端分別連接有上料器和下料器，并連接有勾爪和焊接臂，其上方安裝有圖像采集裝置，下方安裝有加熱器，所述圖像采集裝置與控制箱中的控制電路相連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種全自動上芯機(jī)，其特征是，所述晶圓臺包括晶元盤，所述晶元盤通過X方向傳動絲桿和Y方向傳動絲桿分別連接有X方向步進(jìn)電機(jī)和Y方向步進(jìn)電機(jī)，所述X方向傳動絲桿和Y方向傳動絲桿還分別連接有X方向傳感器和Y方向傳感器，所述X方向傳感器和Y方向傳感器通過信號放大電路板與控制電路相連接，所述X方向步進(jìn)電機(jī)和Y方向步進(jìn)電機(jī)通過驅(qū)動板卡與控制電路相連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種全自動上芯機(jī)，其特征是，所述送料槽包括凹槽，所述凹槽下部固定有步進(jìn)電機(jī)，所述步進(jìn)電機(jī)依次通過皮帶、傳動裝置、雙凸輪和連桿與勾子相連接，構(gòu)成勾爪結(jié)構(gòu)，并通過驅(qū)動板卡與控制電路相連接，所述傳動裝置還連接有勾爪傳感器，所述凹槽兩端分別安裝有上料檢測傳感器和下料檢測傳感器，所述勾爪傳感器、上料檢測傳感器和下料檢測傳感器分別通過信號放大電路板與控制電路相連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種全自動上芯機(jī)，其特征是，所述上料器包括上料槽，所述上料槽連接有鏟料臺，所述鏟料臺通過連桿連接有偏心轉(zhuǎn)輪，所述偏心轉(zhuǎn)輪分別連接有步進(jìn)電機(jī)和位置傳感器，所述位置傳感器通過信號放大電路板與控制電路相連接，所述步進(jìn)電機(jī)通過驅(qū)動板卡與控制電路相連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種全自動上芯機(jī)，其特征是，所述下料器包括步進(jìn)電機(jī)，所述步進(jìn)電機(jī)通過傳動絲桿和推動桿連接有下料承接盤，并通過驅(qū)動板卡與控制電路相連接，所述下料承接盤上方固定有料盒，所述下料承接盤與料盒之間開有下料缺口，所述步進(jìn)電機(jī)一側(cè)還安裝有位置傳感器，所述位置傳感器通過信號放大電路板與控制電路相連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種全自動上芯機(jī)，其特征是，所述焊接臂包括Z軸和Y軸伺服電機(jī)，所述Z軸和Y軸伺服電機(jī)分別通過傳動皮帶和四連桿連接有吸嘴，并通過驅(qū)動板卡與控制電路相連接，所述Z軸和Y軸伺服電機(jī)還分別連接有位置傳感器，所述位置傳感器均通過信號放大電路板與控制電路相連接。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種全自動上芯機(jī)，其特征是，所述圖像采集裝置由攝像頭、鏡頭和光源相互連接組成，所述攝像頭與焊接臂的四連桿相連接。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種全自動上芯機(jī)，其特征是，所述頂針的針頭置于針盒內(nèi)，所述針頭外套有加固器，其前端安裝有吸嘴，后端安裝有固定器，并與松緊調(diào)整盤相連接，所述松緊調(diào)整盤分別連接有X方向調(diào)整螺絲和Y方向調(diào)整螺絲，并通過傳動裝置與步進(jìn)電機(jī)相連接，所述步進(jìn)電機(jī)安裝有位置傳感器，并通過驅(qū)動板卡與控制電路相連接，所述位置傳感器通過信號放大電路板與控制電路相連接。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種全自動上芯機(jī)，其特征是，所述控制電路由運(yùn)動控制卡組成。
10.權(quán)利要求1所述一種全自動上芯機(jī)的控制方法，其特征是，包括如下步驟和工藝條件啟動全自動上芯機(jī)；上料檢測傳感器檢測無引線框架，上料器把一條新的引線框架鏟出來；勾爪從上料器里勾取引線框架，并沿著送料槽次第往前送；圖像采集裝置對晶元臺對應(yīng)位置上的晶片不斷進(jìn)行圖像采集，并將圖像信號傳輸給控制電路，控制電路中的視覺檢測系統(tǒng)進(jìn)行圖像處理分析；判斷晶片合格時，頂針吸嘴把晶元盤的塑料薄膜緊緊吸住，然后頂針把塑料薄膜刺穿并頂起圓晶片，同時焊接臂移動到晶圓臺上方，其吸嘴對圓晶片進(jìn)行吸取，再移動到送料槽上方，把圓晶片貼到送料槽上的引線框架對應(yīng)位置上；在送料槽后半部下方的加熱器不斷地加熱送料槽上的引線框架，使放在引線框架上的圓晶片和引線框架粘合在一起；勾爪把完成芯片貼裝的引線框架送進(jìn)下料器；下料檢測傳感器檢測料盒是否裝好，封裝好的料盒向下移動出料。
全文摘要
本發(fā)明是一種全自動上芯機(jī)及其控制方法，該上芯機(jī)包括機(jī)架，機(jī)架下端固定有控制箱，頂端安裝有晶圓臺和送料槽，晶圓臺下方安裝有頂針，送料槽兩端分別連接有上料器和下料器，并連接有勾爪和焊接臂，其上方安裝有圖像采集裝置，下方安裝有加熱器，圖像采集裝置與控制箱中的控制電路相連接。本發(fā)明完全采用Linux系統(tǒng)進(jìn)行視覺圖像處理和運(yùn)動控制系統(tǒng)開發(fā)，實現(xiàn)了多線程的調(diào)度算法，提高了程序系統(tǒng)資源的利用率和執(zhí)行效率，可以對芯片進(jìn)行質(zhì)量檢測和快速綁定，快速封裝三極管，同時完成多任務(wù)協(xié)調(diào)處理調(diào)度器的開發(fā)，可解決該類設(shè)備復(fù)雜機(jī)械多任務(wù)調(diào)度的技術(shù)難題。
文檔編號H01L21/68GK1747142SQ20051003619
公開日2006年3月15日 申請日期2005年8月1日 優(yōu)先權(quán)日2005年8月1日
發(fā)明者胡躍明, 戚其豐, 廖廣軍 申請人:華南理工大學(xué)