近年來國(guó)家對(duì)半導(dǎo)體行業(yè)關(guān)鍵技術(shù)攻堅(jiān)的扶持，以及下游晶圓廠產(chǎn)能的上升，推動(dòng)國(guó)產(chǎn)半導(dǎo)體測(cè)試設(shè)備的需求越來越大，預(yù)計(jì)中國(guó)半導(dǎo)體測(cè)試設(shè)備國(guó)產(chǎn)化率將于2027年達(dá)到47%，市場(chǎng)規(guī)模預(yù)計(jì)將達(dá)到千億級(jí)人民幣。本篇通過介紹XPCIE1032H運(yùn)動(dòng)控制卡在轉(zhuǎn)塔測(cè)試分選編帶設(shè)備的應(yīng)用，讓大家進(jìn)一步了解正運(yùn)動(dòng)技術(shù)XPCIE1032H超高速實(shí)時(shí)運(yùn)動(dòng)控制卡的性能特點(diǎn)。

　　文/深圳市正運(yùn)動(dòng)技術(shù)有限公司

　　1 市場(chǎng)應(yīng)用背景

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

　　半導(dǎo)體IC、LED測(cè)試分選檢測(cè)設(shè)備在半導(dǎo)體測(cè)試設(shè)備市場(chǎng)需求中占據(jù)了相當(dāng)大的份額，其中半導(dǎo)體測(cè)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(jiǎn)單，適合體積較大、測(cè)試時(shí)間一般的傳統(tǒng)類型封裝形式;平移式采用機(jī)械臂運(yùn)輸芯片，適合幾乎所有類型的封裝，在測(cè)試時(shí)間較長(zhǎng)或先進(jìn)封裝情況下優(yōu)勢(shì)明顯;轉(zhuǎn)塔式適合體積小、重量小、測(cè)試時(shí)間短的芯片，測(cè)試速度最快。

　　轉(zhuǎn)塔式測(cè)試分選機(jī)以其高效自動(dòng)化、高精度、靈活性、穩(wěn)定性、占地面積小、維護(hù)方便以及擴(kuò)展性強(qiáng)等優(yōu)勢(shì)，占據(jù)了分選機(jī)市場(chǎng)的40%以上的市場(chǎng)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(dòng)完成器件的電參數(shù)測(cè)試、分類甄選儲(chǔ)存、激光打印標(biāo)識(shí)、標(biāo)識(shí)檢測(cè)、外形尺寸檢測(cè)及編帶包裝輸出等，高速且穩(wěn)定，非常受市場(chǎng)的青睞。

　　2 XPCIE1032H運(yùn)動(dòng)控制卡在轉(zhuǎn)塔測(cè)試分選編帶設(shè)備的應(yīng)用對(duì)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(cè)試分選編帶設(shè)備的控制系統(tǒng)方案，以PLC+觸摸屏+工控機(jī)+機(jī)器視覺為控制核心(圖1)。針對(duì)控制復(fù)雜的多工位自動(dòng)化設(shè)備，PLC調(diào)試和PC調(diào)試分了兩個(gè)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(shí)間較長(zhǎng)，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(duì)產(chǎn)能要求的提高，采用PCI運(yùn)動(dòng)控制卡+工控機(jī)+機(jī)器視覺的方案成為了主流(圖2)。工控機(jī)+運(yùn)動(dòng)控制卡實(shí)現(xiàn)伺服、氣缸以及外設(shè)信號(hào)等的采集與控制，與測(cè)試機(jī)系統(tǒng)、打標(biāo)機(jī)系統(tǒng)、圖像檢測(cè)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(jiǎn)單，UPH提升至40-48Kpcs/小時(shí)。

　　圖2

　　(2)正運(yùn)動(dòng)技術(shù)解決方案

　　為了更高提升產(chǎn)能，應(yīng)對(duì)市場(chǎng)需求，正運(yùn)動(dòng)技術(shù)以工控機(jī)+XPCIE1032超高速實(shí)時(shí)運(yùn)動(dòng)控制卡+機(jī)器視覺為核心的方案更具競(jìng)爭(zhēng)力(圖3)。

　　XPCIE1032超高速實(shí)時(shí)運(yùn)動(dòng)控制卡，采用Windows運(yùn)動(dòng)控制實(shí)時(shí)內(nèi)核的方式，把運(yùn)動(dòng)控制+IO等的處理，放到工控機(jī)CPU的核內(nèi)執(zhí)行，與PC內(nèi)部的測(cè)試機(jī)系統(tǒng)、打標(biāo)機(jī)系統(tǒng)、圖像檢測(cè)系統(tǒng)等數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)了CPU內(nèi)存交互，交互速度比傳統(tǒng)的PCI/PCIE運(yùn)動(dòng)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(cè)試分選編帶設(shè)備的產(chǎn)能提升至53Kpcs/小時(shí)，整體效率提升6%~20%以上。

　　圖3

　?、俸诵膬?yōu)勢(shì)一：Windows運(yùn)動(dòng)控制實(shí)時(shí)內(nèi)核(圖4)

　　圖4 Windows運(yùn)動(dòng)控制實(shí)時(shí)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(cè)試數(shù)據(jù)與傳統(tǒng)的PCI/PCIe、PLC網(wǎng)口通訊速度對(duì)比如表1所示。

　　表1 測(cè)試數(shù)據(jù)比較

　?、诤诵膬?yōu)勢(shì)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(cè)時(shí)可實(shí)現(xiàn)多工位同時(shí)視覺飛拍，相比傳統(tǒng)的運(yùn)行到拍照位停下來拍照，可縮短機(jī)臺(tái)運(yùn)行CT，提升設(shè)備的整體產(chǎn)能。

　　3 XPCIE1032H運(yùn)動(dòng)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(diǎn)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(dòng);

　　(3)板載16點(diǎn)通用輸入，16點(diǎn)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(bǔ)、圓弧插補(bǔ)、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(bǔ)償?shù)裙δ?

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

　　4 XPCIE1032H運(yùn)動(dòng)控制卡在轉(zhuǎn)塔測(cè)試分選編帶設(shè)備上的方案

　　(1) XPCIE1032H轉(zhuǎn)塔測(cè)試分選編帶解決方案

　　轉(zhuǎn)塔測(cè)試分選編帶設(shè)備的工作原理為控制DD馬達(dá)的轉(zhuǎn)塔高速旋轉(zhuǎn)，同時(shí)轉(zhuǎn)塔上獨(dú)立運(yùn)作的吸嘴精準(zhǔn)上下移動(dòng)，包含：1-6個(gè)測(cè)試位用來電性能、極性等測(cè)試、1-2個(gè)旋轉(zhuǎn)糾偏位用于糾正姿態(tài)、1-3個(gè)剔除廢料位用于次品分選、1-2個(gè)激光打標(biāo)位、1-4個(gè)預(yù)留位、1-2個(gè)編帶包裝位等。

　　圖7 XPCIE1032H轉(zhuǎn)塔測(cè)試分選解決方案

　　l EtherCAT口：連接DD馬達(dá)和其他伺服驅(qū)動(dòng)器，控制轉(zhuǎn)塔和吸嘴等運(yùn)動(dòng);同時(shí)擴(kuò)展EtherCAT IO模塊;

　　l IO輸入：連接傳感器、開關(guān)輸入等信號(hào);

　　l IO輸出：連接電磁閥吸取、吹氣和視覺飛拍等信號(hào)。

　　(2)控制流程

　?、偕狭希?通過振動(dòng)盤或者料盤機(jī)構(gòu)將離散的產(chǎn)品送料到主電機(jī)轉(zhuǎn)塔盤，吸住產(chǎn)品并轉(zhuǎn)動(dòng)到下一個(gè)工位，同時(shí)上料工位上料新的一個(gè)芯片;

　　②方向判斷和旋轉(zhuǎn)： 視覺處理，對(duì)轉(zhuǎn)盤吸嘴上的產(chǎn)品進(jìn)行位置矯正;

　　③電性能測(cè)試：通過測(cè)試基座和測(cè)試機(jī)測(cè)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;

　　⑤圖像檢測(cè)(2D/3D)：檢測(cè)產(chǎn)品的商標(biāo)、外觀、引腳等是否達(dá)到質(zhì)量要求;

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

　　⑦分類回收：根據(jù)經(jīng)過測(cè)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(jìn)行分類處理。

　　圖8 轉(zhuǎn)塔測(cè)試分選編帶運(yùn)行界面

　　(3)硬件選型配置如表2所示。

　　5 XPCIE1032H運(yùn)動(dòng)控制卡在轉(zhuǎn)塔測(cè)試分選編帶設(shè)備上的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

　　l 支持多種上位機(jī)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(yùn)動(dòng)控制卡在Windows環(huán)境下控制系統(tǒng)的非實(shí)時(shí)性問題，設(shè)備運(yùn)行更高效穩(wěn)定;

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

　　l 16路獨(dú)立的硬件位置比較輸出，可實(shí)現(xiàn)多工位同時(shí)視覺飛拍，縮短機(jī)臺(tái)CT;

　　l 提供高速輸入接口，便于實(shí)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。