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全自动精密划片机控制软件的研究与设计

全自动精密划片机控制软件的研究与设计

作者：张俊杰湖南大学

学位级别：硕士

随着半导体工业的飞速发展,集成电路芯片种类越来越多,精度要求越来越高,晶圆尺寸也越来越大,对划片机控制软件要求也越来越高,需要控制软件做到界面友好,操作简单,灵活性强,兼容性高,还需要具备自动识别对准功能,同时最重要的是要求软... 详细信息

随着半导体工业的飞速发展,集成电路芯片种类越来越多,精度要求越来越高,晶圆尺寸也越来越大,对划片机控制软件要求也越来越高,需要控制软件做到界面友好,操作简单,灵活性强,兼容性高,还需要具备自动识别对准功能,同时最重要的是要求软件能够提高划切效率和划切精度。本文以全自动划片机的控制软件设计为目标,文中确定了软件的整体设计方案和模块化设计思路,通过面向对象的编程技术完成控制软件设计,研究内容主要包括以下几个方面:(1)进行软件功能的定制。结合晶圆生产工艺需要、划片机的工作原理和结构组成,进行控制软件的需求分析,采用面向对象的程序设计语言C#在Windows7平台下进行控制程序的开发,可根据客户的要求,方便增加和定制特殊功能。(2)进行软件模块的划分。采用模块化设计方法,设计出多个相对独立的功能单元,在主控单元模块的协调下,相互配合实现各种功能。主要包括有数据管理、运动控制、图像处理、人机交互、故障处理、误差补偿、多线程控制。(3)进行软件结构的设计。控制系统采用主从式控制结构,工业控制计算机作为上位控制单元,以Pmac运动控制卡、图像采集卡、光源控制器作为下位控制单元。通过调用运动控制卡库函数和视觉系统库函数分别进行运动控制指令和图像处理指令的编写,以及进行串口通信程序指令的编写,并将它们整合到控制软件中。(4)根据编程语言特点编写软件。采用面向对象的数据结构化设计和类模板编程方法,实现了划片机软件对于加工材料工艺参数变化的良好适应能力,针对不同材料可以方便地进行参数的填写以适应复杂的加工工艺要求。本文研究的控制软件已应用于全自动划片机上,该划片机已投入生产使用,主要用于LED、IC、晶圆的切割加工,能够满足半导体用户方便、可靠、高效的使用需求。同时,这款设备还能够进行玻璃、陶瓷、蓝宝石的划切,具有良好的市场应用前景。

关键词：划片机运动控制图像处理面向对象编程

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太阳能电池片划片机视觉系统的研究与设计

太阳能电池片划片机视觉系统的研究与设计

作者：向兴鑫广东工业大学

学位级别：硕士

太阳能电池片作为将光能转化成电能的发电装置,广泛应用于太阳能发电行业中,电池片在不同的发电场合中所需要的尺寸规格也不同,因此在生产过程中有时需要将大尺寸的电池片切割为小尺寸的电池片。本文所用电池片切割技术为激光划裂技术,... 详细信息

太阳能电池片作为将光能转化成电能的发电装置,广泛应用于太阳能发电行业中,电池片在不同的发电场合中所需要的尺寸规格也不同,因此在生产过程中有时需要将大尺寸的电池片切割为小尺寸的电池片。本文所用电池片切割技术为激光划裂技术,太阳能电池片激光划片机的视觉系统是划片机的重要组成部分。在本项目中,划片机将电池片整片划为两个大小相同的半片,视觉系统需要完成的功能为保证电池片按正确的方向和路径划裂,并检测电池片外观是否存在缺陷。针对此需求本文设计了一种太阳能电池片划片机的视觉定位检测系统,该系统包含电池片的定位检测、方向判定和缺陷检测三部分,可定位太阳能电池片的中心点、二边中点和角度,还可对电池片进行方向判定和缺陷检测。本文的主要研究内容如下:(1)分析太阳能电池片的视觉系统需求与指标,完成视觉系统硬件部分的选型与设计,包括相机、镜头、光源等;确定系统的整体设计方案与通讯方案,包括工控机与PLC、相机、运动控制卡之间的通讯方式与系统运行流程,并根据项目要求设计了打光方案。(2)分析电池片定位部分的需求,选择工业视觉中常见的三种定位方法——Blob定位法、模板匹配定位法和边缘拟合定位法分析其原理,并通过实验对比测试,比较三种方法的优缺点,最终选定边缘拟合定位法进行电池片定位。根据定位中的难点对边缘拟合定位算法进行了设计,算法包括采用基于均值滤波的图像增强算法减少边缘过渡像素、采用基于轮廓分析的图像分割算法对载台区域和电池片区域进行分割,以及采用基于Canny的亚像素边缘检测定位算法定位电池片的中心点、二边中点及角度。(3)分析电池片方向判定的需求,选择三种灰度变换算法——指数变换、对数变换和线性变换分析其原理,并通过实验对比测试,比较三种方法的优缺点,最终选定线性变换法进行灰度变换。根据方向判定中的难点设计了一种提取栅线节点进行方向判定的算法,算法包括采用线性变换法对获取的电池片ROI区域进行灰度变换,采用双边滤波法对ROI区域进行滤波降噪处理,采用阈值分割算法提取出栅线节点并判断节点方向。(4)分析电池片缺陷检测的需求,选择两种外观缺陷检测算法——轮廓分析法和区域形态学分析法进行分析,通过实验对比测试分析两种方法的优缺点,最终选定区域形态学分析法进行缺陷检测。根据缺陷检测中的难点对区域形态学检测缺陷算法进行了设计,算法包括采用基于轮廓分析的图像分割算法对电池片和载台区域进行分割,采用基于凸包算法的区域形态学分析法对电池片进行缺陷区域提取并检测。(5)介绍实验所用平台,并采用Halcon视觉软件库联合C#语言设计开发太阳能电池片视觉系统软件;软件模块包括九点标定、定位、方向判定和缺陷检测。对系统的三个模块进行实验,定位实验结果显示中心点X、Y方向定位误差分别在0.017mm和0.016mm内,划片后的左右半片误差在0.1mm以内,满足了系统所要求的中心点误差0.02mm和二边中点误差0.15mm的精度要求。方向判定实验结果显示方向判定准确率为99.33%,满足了系统所要求的98.0%的准确率。缺陷检测实验结果显示缺陷检测准确率为98.5%,满足了系统要求的97.0%的准确率。系统效率实验结果显示视觉系统单片电池片检测用时为306 ms左右,远小于划片机单片划裂时长——1s,满足系统要求。

关键词：太阳能电池片划片机视觉定位缺陷检测粘连图像分割

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高精度划片机软件控制系统设计与研究

高精度划片机软件控制系统设计与研究

作者：王攀湖南大学

学位级别：硕士

近些年,国内半导体行业发展迅速,对划切加工工艺的要求不断提升,而半导体划切装备的性能与国外存在较大差距,其市场占有率低。因此,为了提升国内在半导体封装领域的竞争力,促进划片机的发展,对划片机的软件控制系统进行研究,主要研究内... 详细信息

近些年,国内半导体行业发展迅速,对划切加工工艺的要求不断提升,而半导体划切装备的性能与国外存在较大差距,其市场占有率低。因此,为了提升国内在半导体封装领域的竞争力,促进划片机的发展,对划片机的软件控制系统进行研究,主要研究内容包括以下几点:(1)详细介绍了划片机的总体结构、工作原理和控制系统框架。着重分析了控制系统中的重要控制模块,设计并实现了运动控制器单元、主轴控制系统和视觉控制系统的控制。利用模块化思想,将控制软件划分为基础、核心功能、人机交互、数据管理、过程监控五大模块。(2)对划片机控制软件的核心功能模块进行优化设计。编译实现了自动对焦、测高、自动上下料和划切功能模块。结合爬山搜索法与曲线拟合搜索法,能够快速精确找到正焦平面。测高采用刀具与工作盘接触的方式,利用运动控制器高速锁存的功能进行实现,通过对比试验,确定了接近点速度和主轴转速。规划了工件划切路径,满足了划片机对不同类型工件的划切需求。(3)分析了划片机设备和工艺数据信息的具体需求,设计构建了划片机数据库管理系统。利用c#高级语言结合数据库访问技术,实现了控制软件对大量、冗余的设备和工艺数据的高效管理。(4)分析了划片机的工件定位矫正过程,设计了高效的定位矫正流程。根据矫正流程特点,对传统模板匹配算法进行改进,设计了一种基于ZNCC的多角度模板匹配算法。并通过实验,验证了匹配算法的精度、效率和稳定性。(5)对自动对焦、测高、划切功能进行了工程实验。结果表明,对焦系统和测高系统的稳定性好、精度高。划切道没有明显崩边,位置偏差小,验证了划片机软件控制系统的可行性。

关键词：划片机软件控制模块化数据管理视觉矫正

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12英寸单轴划片机控制系统设计研究

12英寸单轴划片机控制系统设计研究

作者：王桂叶湖南大学

学位级别：硕士

划片机是半导体封装工艺的关键设备之一,主要用于LED芯片、IC芯片、砷化镓、硅、陶瓷等材料的切割分离。目前国内划片机市场主要由国外品牌占领,设备购买价格昂贵,交货期长,严重限制了我国半导体产业的发展。为了提高国产划片机市场占有... 详细信息

划片机是半导体封装工艺的关键设备之一,主要用于LED芯片、IC芯片、砷化镓、硅、陶瓷等材料的切割分离。目前国内划片机市场主要由国外品牌占领,设备购买价格昂贵,交货期长,严重限制了我国半导体产业的发展。为了提高国产划片机市场占有率,促进国内半导体产业发展,本文对12英寸单轴划片机控制系统进行了研发,主要研究内容如下:（1）介绍了划片机的总体结构、工作原理与流程。完成了砂轮刀片磨损检测系统、视觉识别对准系统和运动控制系统的方案设计。（2）阐述了接触砂轮刀片磨损检测原理与流程。提出了基于开关量信号的接触砂轮刀片磨损检测方案。针对磨损检测方案完成了硬件电路设计与编程,并进行了砂轮刀片磨损检测实验。实验结果表明,采用基于开关量信号的砂轮刀片磨损检测方案时,检测误差小、稳定性好、精度高。然后,为提高检测效率,提出了非接触砂轮刀片磨损检测方案。为降低破损刀片对磨损检测性能的影响,设计了砂轮刀片破损检测方法。（3）为实现自动对准切割,进行了视觉识别对准系统的设计。选取图像处理工具为Cog IPOne Image Tool、模板匹配工具为Cog PMAlign Tool、模板匹配算法为Pat Max,实验结果表明,该算法稳定性好、精度高。然后介绍了在线模板制作与自动识别对准方法的设计。最后进行了自动对焦方法的设计,并对常用的清晰度评价函数进行了定量评估。针对粗对焦、精对焦过程分别选取Variance函数和Brenner函数作为最优评价函数。经测试,利用自动对焦能准确找到正焦位置,符合视觉识别对准系统对焦要求。（4）运动控制系统设计与切割测试实验。介绍了上位机软件的组成与功能,完成了运动控制器的设计,进行了主轴驱动系统的硬件电路设计与编程。在进行伺服系统设计时,使用陷波滤波器抑制伺服系统谐振,提高动态响应能力与平稳性;通过伺服系统控制方式设计保障运动轴定位精度。测试结果表明,伺服系统性能优良。通过绿碳化硅修刀板切割实验证明了控制系统的可行性。

关键词：划片机控制系统砂轮刀片磨损检测运动控制系统视觉识别对准

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直线电机在划片机中的应用

航空精密制造技术 2001年第6期37卷 8-10页

作者：黄伟聂东陈英俊索来春黄浩广东肇庆学院电子信息工程系广东526061 广东风华高科技集团公司博士后工作站广东526061

介绍了直线电机在划片机中的应用,结果表明,直线电机在高精度定位和进给方面,性能优异。

关键词：直线电机划片机高精度定位

射频CO_2激光陶瓷基板划片机光路设计及分析

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光学精密工程 2004年第1期12卷 37-42页

作者：侯廉平陈陪峰王圩中国科学院半导体研究所国家光电子工艺中心北京100083 华中科技大学激光工程研究院湖北武汉430074

介绍了RFCO2激光陶瓷基板划片的特点。分析了导光系统的设计原则,着重讨论了圆偏振镜和伽利略离焦望远镜的作用和特点。对导光系统进行了优化和模拟,给出了导光系统的光路图及成像质量图。试验结果和理论相符,系统划片速度可达10m/min,... 详细信息

介绍了RFCO2激光陶瓷基板划片的特点。分析了导光系统的设计原则,着重讨论了圆偏振镜和伽利略离焦望远镜的作用和特点。对导光系统进行了优化和模拟,给出了导光系统的光路图及成像质量图。试验结果和理论相符,系统划片速度可达10m/min,划缝宽度0.3mm。

关键词：激光加工设备陶瓷基板划片机光路设计导光系统

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直线电机在划片机中的应用

新技术新工艺 2001年第7期 4-5页

作者：黄伟聂东陈英俊索来春黄浩广东肇庆学院电子信息工程系 526061 广东风华高科技集团公司博士后工作站 526060

介绍了直线电机在划片机中的应用 ,结果表明 ,直线电机在高精度定位和进给方面 ,性能优异。

关键词：直线电机划片机高精度定位进给机构集成电路

激光晶圆划片机——GPP二极管晶圆切割的理想选择

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激光与光电子学进展 2010年第11期47卷 I0024-I0025页

作者：金朝龙苏州天弘激光股份有限公司

晶圆划片属于后道工序，它是指将做好芯片的整片晶圆按芯片大小分割成单一的芯片（晶粒）。现在普遍采用的是利用高速旋转的金刚砂轮刀片将晶圆切割成晶粒，典型代表设备为日本DISCO公司生产的DAD3系列切割机型。

关键词：划片机晶圆切割二极管 GPP 理想激光 SCO公司

基于迭代学习控制的划片机高精度运动定位误差补偿

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基于迭代学习控制的划片机高精度运动定位误差补偿

作者：王建新沈阳工业大学

学位级别：硕士

划片机作为电子元器件封装的关键设备,目前的误差补偿方法多采用机理建模的形式,然而在实际运行过程中造成误差的因素有很多,所以对于误差源测量与建模难度很大。划片机运动形式是一种大批量生产重复过程,在运行的过程中产生大量的数据... 详细信息

划片机作为电子元器件封装的关键设备,目前的误差补偿方法多采用机理建模的形式,然而在实际运行过程中造成误差的因素有很多,所以对于误差源测量与建模难度很大。划片机运动形式是一种大批量生产重复过程,在运行的过程中产生大量的数据,而以往的方法都忽略大批量重复运动过程,没有充分的利用这些数据,造成数据的浪费。随着全球智能化、信息化、数据的发展,数据将扮演着更重要的角色,所以有效的利用数据对于提高制造业生产效率成为一种发展趋势。针对划片机划切过程中,由于存在误差因素可能会造成无法到达准确的划切点,影响划切运动的定位精度。然而对于误差补偿建模难、误差源考虑不全等因素,很难建立一个包含所有误差源的模型,基于此,利用数据驱动的思想,通过输入输出数据进行误差补偿。本文在现有数据驱动控制算法的基础上,利用数据驱动中迭代学习控制算法与神经网络结合的形式提出了神经网络迭代学习误差补偿方法。此方法即利用了迭代学习控制算法适用于大批量重复运动过程中在线运行形式,又利用了神经网络适用于处理复杂的非线性系统的能力,具备非线性映射、自适应以及泛化性等功能,可以保证划片机运动控制系统的稳定性与鲁棒性。本文将神经网络迭代学习误差补偿方法应用在划片机运行控制系统中,设计了误差补偿控制器,通过应用此方法将以往产生的数据信息通过控制律应用到当前运动过程中,对当前运动过程进行误差补偿,提高当前划切操作的定位精度。本文利用Matlab对所提方法进行仿真分析,首先对PD型迭代学习误差补偿方法进行仿真分析,效果不理想,然后对无模型自适应迭代学习误差补偿方法进行仿真分析,通过对比可知该方法能够弥补PD型迭代学习误差补偿方法固定的学习律而造成抗干扰性不足以及补偿效果较差的缺点。然而无模型自适应迭代学习误差补偿方法无法保证一直收敛下去,并且重复定位精度还无法满足对于划切精度高的材料。针对以上问题,给出了神经网络迭代学习误差补偿方法,该方法能够保证收敛性,进一步提高重复定位精度。将该方法与前两次方法进行仿真对比分析,验证了该方法的补偿效果更佳。最后将上述方法通过划片机平台进行分析,验证了本文所给方法的可行并且有效。本文所给方法不依赖于传统机理模型,仅利用输入输出数据,计算量简单易于分析,是迭代学习控制算法应用于划片机运动定位误差补偿的一个很好的尝试。

关键词：划片机迭代学习控制算法误差补偿定位精度