多工位轉盤式芯片裝管設備控制系統設計與實現

田李莊

濟南新芯微電子有限公司 山東濟南 250101

收發多功能芯片作為微波電路重要類別之一，采用高密度集成射頻設計，由包括低噪聲放大器、驅動放大器、移相器、衰減器和開關的射頻通道，以及包括收發控制電路和幅相控制電路的控制網絡組成，擁有體積小、重量輕、集成度高等優點，使其在雷達、通信、探測等關鍵領域中得到了廣泛應用，并對此提出了長壽命的評價要求，如何考核和評價成為當前亟待解決的問題。

1 未來芯片技術發展現狀

目前，原子尺度硅材料的基本物理限制使得由摩爾定律驅動的硅技術演進路徑似乎正快速接近終點。隨著摩爾定律走向終結，人工智能、物聯網、超級計算及其相關應用卻提出了更高的性能要求，半導體產業步入亟需轉變突破發展的關鍵點，芯片架構、材料、集成、工藝和安全方面的創新研究成為新的突破方向[1]。

1.1 新型晶體管技術

1.1.1 新架構晶體管技術

鰭式場效應晶體管（FinField-EffectTran sistor，FinFET）是當前主流半導體制造工藝采用的晶體管架構，成功地推動了從22納米到7納米等數代半導體工藝的發展，并將拓展到5納米和4納米工藝節點。全環柵晶體管（Gate-All AroundField-EffectTransistors，GAAFET）是一種繼續延續現有半導體技術路線壽命的較主流技術，可進一步增強柵極控制能力，克服當前技術的物理縮放比例和性能限制。從3納米開始，韓國三星電子將放棄FinFET架構轉向GAAFET架構，計劃在2020年底進行3納米GAAFET產品風險試生產[7]，2021年底進行批量生產。3納米以下晶體管潛在技術包括互補場效應晶體管（Com plementaryField-EffectTransistors，CFET）、垂直納米線晶體管、負電容場效應晶體管（NegativeCa pacitanceField-EffectTransistors，NC-FET）、隧穿場效應晶體管（TunnelField-EffectTransistor，TFET）等。

1.1.2 新材料晶體管技術

研究硅基材料的替代材料，開發新型電子器件是解決當前芯片發展瓶頸的另一種解決方法。當前，替代性半導體材料主要包括第三代半導體材料、碳基納米材料、二維半導體材料等。

1.2 新型存儲器芯片技術

當前，靜態存儲器（StaticRandom-AccessMemory，S RAM）、動態存儲器（DynamicRandom AccessMemory，DRAM）、閃存等主流存儲器面臨著難以逾越的固有技術局限和工藝挑戰。以相變存儲器（Phase-ChangeMemory，PCM或PCRAM）、磁性存儲器（MagnetoresistiveRandomAccessMemory，MRAM）、阻性存儲器（ResistiveRandomAccessMemory，ReRAM）、鐵電存儲器（Ferroelec tricRandomAccessMemory，FRAM）、碳納米管存儲器（NanotubeRandomAccessMemory，NRAM）為代表的新型存儲器能夠帶來獨特的性能優勢，但均采用新材料制造且工藝嚴苛，大規模量產仍需一定的時間。其中，PCM、MRAM、Re RAM是普遍認為最有前途的新型非易失性存儲器[2]。

2 控制系統軟件設計

2.1 多工位轉盤式芯片裝管設備控制流程

多工位轉盤式芯片裝管設備用于將芯片在不同工位間進行轉運，進行各項檢測，按檢測結果進行分選，最后將合格芯片快速而準確地裝入料管內。在壓電振動盤的作用下，芯片沿料道整齊有序地輸送至自動上料工位，控制系統各個工位的具體運行流程如下。

（1）轉盤到位（轉盤上真空吸筆正對下方各工位）。

（2）所有上下驅動軸從上方原點位置（上下驅動軸的起始位置）下壓，將真空吸筆下壓至各個工位的工作位置，下壓到位后，各個工位開始工作。

（3）自動上料工位。真空吸筆下壓至芯片上方，并開啟真空，在真空吸力的作用下使得芯片脫離下基板，吸附在轉盤的真空吸筆上，完成芯片的拾取。

（4）在定位1工位對芯片進行一次定位。

（5）字符檢測工位。該工位既檢測字符缺陷，也判別芯片方位。根據字符檢測結果，如字符有打印錯誤、缺失或不清晰等缺陷時，記錄當前工位的芯片為不合格芯片。

2.2 軟件結構設計

本文多工位轉盤式芯片裝管設備控制系統軟件結構包括應用層、任務層和執行層。應用層包括參數設置模塊、指令獲取模塊、數據統計模塊和信息顯示模塊；任務層包括動作模塊和數據模塊；執行層包括執行單元和采集單元。

2.3 控制系統軟件實現

控制系統軟件界面顯示有總產量、裝管總數、排料總數、字符檢測失效（非合格）數量和3D引腳檢測失效（非合格）數量等信息；輸入按鈕有開始運行、暫停運行、結束運行、單動等設備運行按鈕；電機參數設定按鈕有針對分離電機、定位1電機和定位2電機等不同工位電機和針對數字I/O口與視覺檢測系統通信的單獨調試按鈕[3]。

3 結語

本文設備在實際應用中，芯片的檢測和裝管效率都得到了很大提高，重力式芯片裝管設備的裝管速度在18000顆/小時左右、，而本文設備的裝管速度可達到30000顆/小時以上。在更換上料方式以及相關工位治具和料管形式后，可適用于多種不同封裝類型的芯片裝管，在控制系統架構基本不變的情況下，可擴大本文芯片裝管設備的應用場景。