典型自動化設備及生產線應用與維護

摘 要：文章通過結合半導體自動化生產后工序設備中自動焊機的硬件和軟件系統設計，以及基于自適應模糊推理系統下的半導體生產線的相關知識點，詳細介紹了典型自動化設備及生產線的應用與維護情況。通過分析和探究，以期能夠給予廣大半導體生產技術及作業人員一些參考和幫助。

關鍵詞：自動化設備；半導體生產線；后工序封裝

1 半導體自動化設備及生產線應用與維護分析

1.1 半導體自動化生產后工序設備的設計

通常來講，半導體生產的過程主要由生產芯片的前工序和檢測與封裝芯片的后工序等兩部分構成。在生產后工序中，目前大多數依靠的是手工操作超聲波鋁絲焊接機、超聲波金絲球焊接機等，為此，自動焊機的改造和投入，成了人們提高工作生產率和產品合格率的重要途徑。主要包括設計系統的硬件和軟件部分。

1.1.1 半導體生產后工序的自動焊機硬件改造

自動焊機一般是通過計算機控制，并將光、電、氣與機械集為一體的具有精度高等特點的自動化設備。一般自動焊機是通過CCD攝像頭輸出芯片和引線框架圖像的視頻流，再經過視頻線，將其傳輸給視頻采集卡，由系統每隔一段時間自動在視頻采集卡當中捕獲一幅圖像數據，并借助內存緩沖區緩存。為確保獲取的圖像預存焊點坐標的精確性，由模板匹配識別芯片進行修正。同時，有次序地將信號發送給步進電機運動控制器，啟動步進電機，實現對X-Y平臺的調整，串口通信焊接頭進行預定高度焊接。在自動焊機的硬件系統中，主要由照明系統、圖像采集系統和控制系統等構成。通過改進，對于芯片的檢測和封裝具有重要意義。

在照明系統中，自動焊機通過選用加過濾鏡的白熾燈冷光源與LED光源，并通過兩者的來回互換工作，一定程度上能夠使得光源系統的穩定性得到提高。在圖像采集系統中，通過實現視頻圖像信號向數字圖像信號的轉換，以此來利用計算機處理內存緩沖區當中的視頻圖像。在控制系統中，通常計算機處理的圖像都具有數量大、復雜性高等特點，為此，可以通過改用高速度和大容量的計算機來完成對精確焊點的焊接控制。

1.1.2 半導體生產后工序的自動焊機軟件系統

在自動焊接系統的軟件部分，圖像識別子系統一般具有識別芯片和引腳框架的功能，圖像定位子系統一般用于對位于芯片及其外部引腳框架的焊點的精確定位。由于制造工藝對芯片的尺寸精度、幾何精度、表面潔凈度和表面結構的要求較高，同時，根據焊接指標的要求，一般芯片的定位精度要在6±1um，焊接速度要在4線/s，實際焊接度要在250ms/線，且焊盤識別定位、焊盤焊接、線形拉線和引腳框架焊接等幾部分大概需要100ms。為此，在焊接時，應選用圖像識別定位高速且精確的軟件，通過人工引導測定芯片上各個焊點的坐標，并借助模板匹配識別芯片，再將焊點坐標進行精確度修正，從而確保較高的識別準確率。

1.2 典型自動化設備的生產線應用策略與維護

自適應模糊推理系統（ANFIS），通過結合具有概括提取先驗知識的模糊邏輯與具有學習歸納未知特性的神經網絡，能夠借助任意精度逼近非線性函數，且具備較強的推廣能力和較快的收斂速度。通過在半導體生產線中的應用與維護工作中構建ANFIS模型，能夠直觀有效地提高生產線的整體性能。

1.2.1 基于ANFIS的半導體生產線應用分析

假設半導體生產線共有n臺設備，可以構建如下模型：

其中，y為下一次可能發生故障的設備代碼，x1為故障設備的代碼，x2、x3 …xn+1為每臺設備的利用率，xn+2為當前在制品，xn+3為故障設備的預計維修時間。此外，若xn+4的值為1，則表明屬于突發性故障；若為0，則表明設備正處于停機維護階段?？梢栽诔浞挚紤]當前在制品、故障設備預計維修時間和突發故障是否產生等情況下，借助當前設備利用率作為故障的判定指標，構建半導體生產線的檢測模型，從而有效預防和減少自動設備發生故障，提高成品率。

一般可以應用以下步驟訓練輸入和輸出的數據：（1）輸入數據，反復學習與更新ANFIS所需要的參數；（2）借助ANFIS的減法聚類構建初始模糊推理系統，并選用鐘形函數作為隸屬的函數類型；（3）通過混合學習算法對模型參數進行優化，確認訓練的周期、誤差限等選項值；（4）開始對輸入和輸出數據進行訓練；（5）對被測試數據和模型輸出的關系進行觀察。通過訓練，能夠有效預測可能發生故障的半導體設備，并將誤差控制在預定范圍內。

1.2.2 基于ANFIS半導體生產線的維護工作

通常在維護半導體生產線的工作上，主要包括了預防性維護和矯正性維護等兩種。其中，預防性維護可以借助系統監測及其他方式，對設備預故障進行維護，或是對故障造成的累加性能下降比較弱時進行維護。而矯正性維護一般是在故障發生后所采取的維護手段。

例如在維護某半導體生產線的數據時，可以通過選用eM-Plant仿真軟件進行為期3個月每天24h不間斷計算的設備維護調度實驗。首先，通過模型層為與半導體生產線相關的制造資源構建仿真模型；其次，通過控制與調度層對各種規則及策略的使用，實現包括生產線投料、工件調度、設備維護等在內的控制；最后，通過性能分析層分析和評價仿真數據的定量性能。在工件調度策略方面，分別選用先進先出、最早交貨期、最短剩余加工時間、臨界值等性能指標，進行原設備維護調度與選用ANFIS建模后的設備維護調度相比較。據了解，基于ANFIS的半導體生產線要比傳統的半導體生產線更具優勢。

2 結束語

通過對自動焊機的軟、硬件系統和半導體生產線的應用與維護的探討，了解到自動化設備及其生產線的改善工作，對于降低工廠的生產運營成本，提高設備合格率等方面具有重大意義，是自動化設備獲得普及應用和發展的關鍵。

參考文獻

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