半导体裸芯粒分选机的开发应用

半导体裸芯粒分选机的开发应用

[摘要]裸芯粒分选机属于光机电一体化领域的高性能、智能化的检测分选设备，是面向二极管领域的专用分选检测设备。伴随着二极管市场的激烈竞争，二极管封装厂家对裸芯粒的质量要求也在不断的提升，裸芯粒的测试与分选变得尤为重要。裸芯粒分选机不仅适用于GPP整流桥裸芯粒分选测试领域，还正式进入GPPTVS裸芯粒分选测试领域。

【关键词】二极管；裸芯粒；PLC；分选机

一、行业概述

在半导体生产过程中，测试是惟一贯穿于生产和应用全过程的环节。首先半导体设计要通过原型测试，否则就不能投入量产；量产中，晶圆片或者裸芯粒如果没有通过中测，就无法在下一个工序中进行封装；封装后的成品测试（成测）是最后的工序，只有测试合格的半导体芯片才能出厂。所以测试已经成为半导体生产过程中保证产品质量、降低企业成本的重要环节。半导体裸芯粒分选机是半导体生产的中间测试装备，影响着半导体芯片的发展，它的性能指标的提高和在生产中的普及应用，直接关系到半导体芯片的生产效率和效益。

二、产业技术动向及进展

裸芯粒分选机属于光机电一体化领域的高性能、智能化的检测分选设备，是面向二极管领域的专用分选检测设备。二极管种类有很多，按照所用的半导体材料，可分为锗二极管（Ge管）和硅二极管（Si管）。根据其不同用途，可分为检波二极管、整流二极管、稳压二极管、开关二极管等。按照管芯结构，又可分为点接触型二极管、面接触型二极管及平面型二极管。二极管的主要参数包括额定正向工作电流、最高反向工作电压、反向电流。伴随着二极管市场的激烈竞争，二极管封装厂家对裸芯粒的质量要求也在不断的提升，裸芯粒的测试与分选变得尤为重要，市场需求也在逐年的扩大，与此同时，目前国内裸芯粒生产厂家只能靠采购台湾分选机来满足生产需求，但价格昂贵、供货周期长以及售后服务费用昂贵等因素制约着国内裸芯粒生产厂家的发展，也令处于发展阶段的裸芯粒生产厂家望而却步。我所多年一直从事GPP玻璃钝化二极管工艺中整流桥二极管检测，裸芯粒分选机的成功交付使用，也扩展了我所在玻璃钝化二极管工艺测试领域的种类。丰富了我所半导体检测设备的种类，提高了企业在半导体检测领域的核心竞争力。我所研制的裸芯粒分选机，可以把裸芯粒按照不同电压值进行分类，最多可分为8类，有自动补料，自动测试、自动分类等功能，具有分类速度快，分类准确等特点。我所最新研制开发的半导体裸芯粒分选机，采用PLC和触摸屏系统控制，精度、稳定性大大提高，能对多种半导体裸芯粒进行测试分选，能极大满足半导体管芯生产商对于产品的质量把关需求，填补了国内行业空白。PLC，触摸屏及变频器等自动控制应用技术提高了工业生产产品的品质和效率，解决了传统控制系统操作复杂，新产品生产周期长等问题，有利于人员培训及提高企业市场竞争力。

三、技术内容解析

分选机工作原理：半导体裸芯粒通过振动盘给吸嘴供料，由高速马达带动两个吸嘴轮流从轨道上取料，以达到测试取料同步进行，大大提高了工作效率，测试结束后，控制分仓马达走到预定仓位，高压空气将管芯吹落到下方仓中，两侧吸嘴轮流取料测试。速度达到10k/h以上。

控制部分：本设备采用三菱64点晶体管PLC作为控制器，FX3U是三菱电机公司推出的新型第三代三菱PLC,可能称得上是小型至尊产品。基本性能大幅提升，晶体管输出型的基本单元内置了3轴独立最高100kHz的定位功能，并且增加了新的定位指令，从而使得定位控制功能更加强大，使用更为方便。采用三菱256色5寸触摸屏人机界面通过RS232与PLC进行通讯，可对设备进行参数设置及操作，同时监控当前状况。

电动部分：吸嘴马达采用了东方马达αSTEP ARL系列脉冲序列输入型步进电机，分仓马达为CMK高转矩型步进电机。ARL系列是由微步驱动驱动器与内藏转子位置传感器的高效率步进电动机组成的组合产品。采用闭环控制的ARL 系列即使在负载急剧变化、急加速时也能够继续运行。在电动机运行中还能监控运行速度与旋转数，并在发生过载等情况时立即进行闭环控制，使电动机以最大转矩继续运行。主要特征：采用高效率电动机；采用低损耗高效率电动机，以实现低发热、节省电力；能够进行低速、低振动运行；采用微步驱动，即使低速时也能实现低振动运行；内藏ALARM功能，当外加的负载超过电动机额定值时，或者运行中电动机输出轴受到堵转时，驱动器会输出ALARM告知有异常，在升降装置等机器上使用时，可通过检测该ALARM，使电磁制动动作来防止可动部和工作物的落下；能够设定速度平滑调整；决定电动机响应性的速度平滑调整时间常数可以按16段进行设定；能够设定运行电流，电动机的运行电流可以在6～100%（最大值）范围内按16 段进行设定。CMK高转矩型步进电机采用微步驱动的小型、轻量驱动器。新开发的小型DC电源输入基板型驱动器在小型、轻量的基础上实现了微步驱动。无需通过减速机构等机械元件即可将2相步进电动机的基本步距角（1.80/step）最大分割至16（0.11250/step）。有助于装置的低振动、低噪音化。CMK高转矩型步进电机为微步驱动的驱动器业界中最小规格的小型、轻量驱动器。与原有产品相比质量减少58%，面积减少32%（水平安装时）。有助于装置的小型化、轻量化。可设定5种步距角，可通过数字开关轻易设定运行电流，可进行单脉冲/双脉冲输入方式转换，搭载用于显示电源输入的LED电源，采用带锁定功能的连接器。

气动部分：选用了MAC的电磁阀和气缸，MAC电磁阀的特点

（一）MAC新线圈的专利、椭圆的磁铁通过芯有更多的磁力—出力大

（二）平衡式的设计、不受进气压力的变化影响—出力大

（三）平衡式提动阀、阀杆上无其它轴封—无磨擦

（四）很强的弹簧回力、在低压时有足够的回位力—出力大

（五）气孔面积为0.0024IN2-不易堵塞

（六）高出力、短行程-反应速度快

（七）短行程、锥形排气底座设计、减少撞击-寿命长

（八）零部件少、设计简单-故障少

国产半导体测试设备，大多为低精度，低速度的设备。在测试过程中，运动轨迹自动化技术，测试主动速度与国外先进产品相比存在较大差距，难以适应相关产业发展的需要，制约了工艺装备的发展。我所多年一直从事GPP玻璃钝化二极管工艺中整流桥二极管检测，裸芯粒分选机的成功交付使用，也扩展了我所在玻璃钝化二极管工艺测试领域的种类。丰富了我所半导体检测设备的种类，提高了企业在半导体检测领域的核心竞争力。

参考文献

[1]李臣友,孟宪圆.PLC在压力传感器内部参数测试仪中的应用.现代企业文