近年來國家對半導(dǎo)體行業(yè)關(guān)鍵技術(shù)攻堅的扶持，以及下游晶圓廠產(chǎn)能的上升，推動國產(chǎn)半導(dǎo)體測試設(shè)備的需求越來越大，預(yù)計中國半導(dǎo)體測試設(shè)備國產(chǎn)化率將于2027年達到47%，市場規(guī)模預(yù)計將達到千億級人民幣。本篇通過介紹XPCIE1032H運動控制卡在轉(zhuǎn)塔測試分選編帶設(shè)備的應(yīng)用，讓大家進一步了解正運動技術(shù)XPCIE1032H超高速實時運動控制卡的性能特點。

　　文/深圳市正運動技術(shù)有限公司

　　1 市場應(yīng)用背景

　　隨著智能制造和客戶需求的不斷提升，單一測量很難滿足用戶的基本測量要求，更多的企業(yè)客戶要求將多個測量功能分模塊安裝和調(diào)用，將整個系統(tǒng)打造成多功能平臺，提高使用效率，增強技術(shù)復(fù)用性，滿足多功能的測量要求。

　　半導(dǎo)體IC、LED測試分選檢測設(shè)備在半導(dǎo)體測試設(shè)備市場需求中占據(jù)了相當(dāng)大的份額，其中半導(dǎo)體測試分選設(shè)備分為重力式、平移式、轉(zhuǎn)塔式三種類型。重力式結(jié)構(gòu)簡單，適合體積較大、測試時間一般的傳統(tǒng)類型封裝形式;平移式采用機械臂運輸芯片，適合幾乎所有類型的封裝，在測試時間較長或先進封裝情況下優(yōu)勢明顯;轉(zhuǎn)塔式適合體積小、重量小、測試時間短的芯片，測試速度最快。

　　轉(zhuǎn)塔式測試分選機以其高效自動化、高精度、靈活性、穩(wěn)定性、占地面積小、維護方便以及擴展性強等優(yōu)勢，占據(jù)了分選機市場的40%以上的市場份額，主要用于表面貼裝半導(dǎo)體器件、LED行業(yè)生產(chǎn)后道的工序，能全自動完成器件的電參數(shù)測試、分類甄選儲存、激光打印標(biāo)識、標(biāo)識檢測、外形尺寸檢測及編帶包裝輸出等，高速且穩(wěn)定，非常受市場的青睞。

　　2 XPCIE1032H運動控制卡在轉(zhuǎn)塔測試分選編帶設(shè)備的應(yīng)用對比傳統(tǒng)方案

　　(1)傳統(tǒng)控制系統(tǒng)方案

　?、賯鹘y(tǒng)轉(zhuǎn)塔測試分選編帶設(shè)備的控制系統(tǒng)方案，以PLC+觸摸屏+工控機+機器視覺為控制核心(圖1)。針對控制復(fù)雜的多工位自動化設(shè)備，PLC調(diào)試和PC調(diào)試分了兩個不同的顯示屏，調(diào)試切換麻煩;PLC受其掃描周期限制響應(yīng)時間較長，與PC通訊數(shù)據(jù)交互速率慢，導(dǎo)致設(shè)備產(chǎn)能較低。

　　圖1

　　②隨著對產(chǎn)能要求的提高，采用PCI運動控制卡+工控機+機器視覺的方案成為了主流(圖2)。工控機+運動控制卡實現(xiàn)伺服、氣缸以及外設(shè)信號等的采集與控制，與測試機系統(tǒng)、打標(biāo)機系統(tǒng)、圖像檢測系統(tǒng)等在PC內(nèi)部通過PCI接口通訊，數(shù)據(jù)交互快，調(diào)試簡單，UPH提升至40-48Kpcs/小時。

　　圖2

　　(2)正運動技術(shù)解決方案

　　為了更高提升產(chǎn)能，應(yīng)對市場需求，正運動技術(shù)以工控機+XPCIE1032超高速實時運動控制卡+機器視覺為核心的方案更具競爭力(圖3)。

　　XPCIE1032超高速實時運動控制卡，采用Windows運動控制實時內(nèi)核的方式，把運動控制+IO等的處理，放到工控機CPU的核內(nèi)執(zhí)行，與PC內(nèi)部的測試機系統(tǒng)、打標(biāo)機系統(tǒng)、圖像檢測系統(tǒng)等數(shù)據(jù)實現(xiàn)了CPU內(nèi)存交互，交互速度比傳統(tǒng)的PCI/PCIE運動控制卡交互速度快10倍以上，比PLC網(wǎng)口數(shù)據(jù)交互快50~100倍以上，將轉(zhuǎn)塔測試分選編帶設(shè)備的產(chǎn)能提升至53Kpcs/小時，整體效率提升6%~20%以上。

　　圖3

　?、俸诵膬?yōu)勢一：Windows運動控制實時內(nèi)核(圖4)

　　圖4 Windows運動控制實時內(nèi)核結(jié)構(gòu)示意圖

　　通過C#、C++等不同的PC開發(fā)方式，測試數(shù)據(jù)與傳統(tǒng)的PCI/PCIe、PLC網(wǎng)口通訊速度對比如表1所示。

　　表1 測試數(shù)據(jù)比較

　?、诤诵膬?yōu)勢二：視覺飛拍(圖5)

　　圖5 多工位多通道視覺飛拍

　　通過XPCIE1032H高速硬件位置比較輸出，在視覺定位檢測時可實現(xiàn)多工位同時視覺飛拍，相比傳統(tǒng)的運行到拍照位停下來拍照，可縮短機臺運行CT，提升設(shè)備的整體產(chǎn)能。

　　3 XPCIE1032H運動控制卡產(chǎn)品介紹(圖6)

　　圖6 XPCIE1032H產(chǎn)品圖

　　XPCIE1032H產(chǎn)品硬件性能特點如下：

　　(1)6-64軸EtherCAT總線+脈沖可選，其中4路單端500KHz脈沖輸出;

　　(2)32軸EtherCAT同步周期500us，支持多卡聯(lián)動;

　　(3)板載16點通用輸入，16點通用輸出，其中8路高速輸入和16路高速輸出;

　　(4)支持PWM輸出、精準(zhǔn)輸出、PSO硬件位置比較輸出、視覺飛拍等;

　　(5)支持直線插補、圓弧插補、連續(xù)軌跡加工(速度前瞻);

　　(6)支持電子凸輪、電子齒輪、位置鎖存、同步跟隨、虛擬軸、螺距補償?shù)裙δ?

　　(7)支持30+機械手模型正逆解模型算法，比如SCARA、Delta、UVW、4軸/5軸 RTCP......

　　4 XPCIE1032H運動控制卡在轉(zhuǎn)塔測試分選編帶設(shè)備上的方案

　　(1) XPCIE1032H轉(zhuǎn)塔測試分選編帶解決方案

　　轉(zhuǎn)塔測試分選編帶設(shè)備的工作原理為控制DD馬達的轉(zhuǎn)塔高速旋轉(zhuǎn)，同時轉(zhuǎn)塔上獨立運作的吸嘴精準(zhǔn)上下移動，包含：1-6個測試位用來電性能、極性等測試、1-2個旋轉(zhuǎn)糾偏位用于糾正姿態(tài)、1-3個剔除廢料位用于次品分選、1-2個激光打標(biāo)位、1-4個預(yù)留位、1-2個編帶包裝位等。

　　圖7 XPCIE1032H轉(zhuǎn)塔測試分選解決方案

　　l EtherCAT口：連接DD馬達和其他伺服驅(qū)動器，控制轉(zhuǎn)塔和吸嘴等運動;同時擴展EtherCAT IO模塊;

　　l IO輸入：連接傳感器、開關(guān)輸入等信號;

　　l IO輸出：連接電磁閥吸取、吹氣和視覺飛拍等信號。

　　(2)控制流程

　?、偕狭希?通過振動盤或者料盤機構(gòu)將離散的產(chǎn)品送料到主電機轉(zhuǎn)塔盤，吸住產(chǎn)品并轉(zhuǎn)動到下一個工位，同時上料工位上料新的一個芯片;

　?、诜较蚺袛嗪托D(zhuǎn)： 視覺處理，對轉(zhuǎn)盤吸嘴上的產(chǎn)品進行位置矯正;

　　③電性能測試：通過測試基座和測試機測試產(chǎn)品的電性能;

　?、艽驑?biāo)：在產(chǎn)品表面打上商標(biāo)或者二維碼;

　?、輬D像檢測(2D/3D)：檢測產(chǎn)品的商標(biāo)、外觀、引腳等是否達到質(zhì)量要求;

　?、蘧帋В喊褭z測合格的產(chǎn)品按一定的數(shù)量編帶入料管中;

　?、叻诸惢厥眨焊鶕?jù)經(jīng)過測試處理后的產(chǎn)品信息，按系統(tǒng)生產(chǎn)設(shè)置將產(chǎn)品進行分類處理。

　　圖8 轉(zhuǎn)塔測試分選編帶運行界面

　　(3)硬件選型配置如表2所示。

　　5 XPCIE1032H運動控制卡在轉(zhuǎn)塔測試分選編帶設(shè)備上的應(yīng)用優(yōu)勢

　　l 支持多種上位機語言開發(fā)，所有系列產(chǎn)品均可調(diào)用同一套API函數(shù)，讓用戶開發(fā)更靈活;

　　l 解決傳統(tǒng)PCI/PCIE運動控制卡在Windows環(huán)境下控制系統(tǒng)的非實時性問題，設(shè)備運行更高效穩(wěn)定;

　　l 借助核內(nèi)交互，指令響應(yīng)時間快至微秒級，比傳統(tǒng)PCI/PCIE快10倍，提升設(shè)備產(chǎn)品;

　　l 16路獨立的硬件位置比較輸出，可實現(xiàn)多工位同時視覺飛拍，縮短機臺CT;

　　l 提供高速輸入接口，便于實現(xiàn)位置鎖存;

　　l 設(shè)備UPH提升至53K，整體生產(chǎn)效率比傳統(tǒng)方案提升10%+以上。