TO252型转塔式半导体分选机关键技术研究

摘要

转塔式半导体分选机是一种能够对芯片进行电性能检测、图像检测、商标打印、编带、分选等功能的高端半导体专用设备。研制具有自主知识产权的高速转塔式半导体分选机，对于提升中国半导体产业的国际竞争力具有重大意义。为了提高分选机的生产效率、降低飞料故障率、提升机床的自动化水平，本课题以TO252型转塔半导体分选机为背景，从控制技术、真空吸附技术和通信技术三个方面进行了研究。
　　首先，对分选机整机系统进行总体设计。介绍了工位组成、功能需求与性能指标分析、主要工位机械结构、电气系统布局以及电机的选型与控制。
　　其次，对分选机的控制软件进行详细设计。设计了软件的架构、总流程、功能类、数据库模块和工作界面，采用多工作线程的运行逻辑控制方法，为耗时较长的工位单独开辟线程，介绍了各个线程的运行流程，对线程间的通信、同步和优先级进行了设计，对分选机控制系统进行了样机实验。
　　接着，为解决飞料问题，对分选机高速旋转真空吸嘴吸持半导体芯片的动力学进行研究。推导出动态真空吸附力的一般计算公式。对分选机主电机S形和梯形加减速曲线下的动态吸力进行对比分析，揭示了真空吸附力与主电机运动形式之间的关系，给出了分选机可靠吸持TO252芯片所需的临界真空度参考值。
　　然后，运用计算流体力学CFD数值模拟方法对分选机真空吸嘴的吸附性能进行研究。以吸嘴端口处的平均气流速度和最大吸附距离为考核指标，以嘴径、嘴形、真空度作为试验因素，设计数值模拟正交试验，研究吸嘴内外部流场的分布情况，揭示了各因素对吸附性能的影响，给出了分选机真空吸嘴结构的最佳设计组合。
　　最后，对国际半导体行业通信标准——SECS协议在分选机上的应用进行研究。对分选机SECS通信模块进行了设计，包括通信总流程、Socket通信、SECS消息解析处理等，实现了分选机的远程生产参数收集、报警信息收集和远程控制功能，并通过通信试验验证了通信的正确性。
　　实际使用表明，TO252型转塔式半导体分选机的生产效率提升，飞料故障减少，无故障运行时间延长，自动化水平提高，整机性能得到了改善。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 课题背景及意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 国外研究现状

1．2．2 国内研究现状

1．2．3 分选机关键技术研究现状

1．3 论文的主要研究内容及组织结构

第二章 分选机系统总体设计

2．1 工位功能介绍

2．2 系统需求分析及性能指标

2．3 主要工位结构介绍

2．4 电气系统设计

2．4．1 电气系统组成

2．4．2 电机选型与控制

2．5 本章小结

第三章 分选机控制系统软件设计

3．1 软件总体设计

3．2 功能类设计

3．2．1 硬件对象类

3．2．2 工位模块类

3．2．3 系统参数类

3．3 数据库设计

3．3．1 数据表设计

3．3．2 数据库访问

3．4 多工作线程设计

3．4．1 工位运行逻辑分析

3．4．2 工作线程详细设计

3．4．3 工作线程间逻辑控制

3．5 软件界面设计

3．6 控制系统样机试验

3．7 本章小结

第四章 分选机高速旋转真空吸嘴吸持芯片的动力学分析

4．1 真空吸嘴的工作原理

4．2 分选机真空吸嘴吸持芯片旋转的动力学模型

4．3 动态吸力分析

4．3．1 S形加减速曲线下动态吸力分析

4．3．2 梯形加减速曲线动态吸力分析

4．3．3 两种运动形式下动态吸力对比分析

4．4 最小真空度确定

4．5 本章小结

第五章 基于CFD的分选机真空吸嘴吸附性能研究

5．1 分选机真空吸嘴结构设计

5．2 分选机真空吸嘴吸附芯片的物理模型

5．3 分选机真空吸嘴流场数值模拟

5．3．1 流体力学理论基础

5．3．2 计算流体力学CFD理论基础

5．3．3 真空吸嘴内外部流场仿真

5．4 基于正交试验的分选机真空吸嘴吸附性能分析

5．4．1 数值模拟正交试验

5．4．2 单因素数值模拟试验

5．4．3 吸附性能分析

5．5 本章小结

第六章 SECS通信协议在分选机上的应用研究

6．1 SECS协议介绍

6．1．1 协议模型

6．1．2 协议报文格式

6．2 分选机SECS通信模块设计

6．2．1 通信总流程

6．2．3 协议报文处理

6．2．4 生产参数收集

6．2．5 报警信息收集

6．2．6 远程控制

6．3 分选机SECS通信试验

6．4 本章小结

第七章 总结与展望

7．1 总结

7．2 展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文