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1、IC芯片测试设备机械抓手的速度测控taoyang导语：计了集成电路芯片测试设备机械手的速度测量装置，考虑了机械手运动经过中的振动以及气缸轴老化、端部生锈所造成的运动速度与行程不稳定因素。摘要：设计了集成电路芯片测试设备机械手的速度测量装置，考虑了机械手运动经过中的振动以及气缸轴老化、端部生锈所造成的运动速度与行程不稳定因素。根据测控参数对设备进展准确的调整，巧妙地解决了测试设备机械手运动速度与行程控制不良所引发的芯片失效问题，有效地降低了芯片的废品率。当今世界，芯片的封装尺寸越来越小，制造工艺已成为芯片制造业的主流。制造工艺的日益开展增加了加工和测试难度，芯片的大规模消费经过中对芯片失效问题的
2、分析和测试就尤为重要。本文作者设计的测速仪主要用于Advantest爱德万M6751/T5375测试设备中/。测速仪由两局部组成：机械手局部用于抓取芯片放人取出专用的测试仓；测试机局部主要用于对芯片功能的测试。由于测试机一次并行测试多达32个IC，这就要求机械手能以最快的速度抓起和放下芯片。AdvantestM6751机械手组件包括4个小吸头，每个吸头可以独立地上升和下降，分别由一个微型SMC气缸驱动。4个吸头都拾起和放下芯片重复8次后装填完32个IC，整个组件再进展X和r方向的挪动。由于测试速度的要求比拟高，不得不把4个驱动气缸的速度调到尽可能快，但是速度太快又会导致芯片打坏，尤其如vfBG
3、A封装形式的硅片很薄，高速度抓取很轻易导致芯片被打坏，造成严重的质量问题，因此必须在保证质量的前提下来进步气缸的速度。2测试机组的根本介绍AdvantestM6751A/6751AD测试设备是在M6741A根底上开发而成的，它配置了新的控制装置以更好地进步产能，是每小时测试产量很高的新型存储器测试机组合，能到达每小时4500个被测器件的高产能；采用了使操纵界面更为人性化；使用Win95以上的配置，允许基于SEMI规定的标准协议开放系统配置，被广泛用于IC测试中。但是，M6751没有自带速度测试功能，本文作者设计测速装置的目的是为了使该设备机械抓手具有速度测控功能。2.1机械手图1Advante
4、stM6751系列机械手AdvantestM6751系列机械手是与测试机配套使用的设备，它对多种封装形式的芯片都能适用，从较老的TSOP、uBGA封装乃至目前流行的vfBGA、SCSP封装等。机械手的内部组件分成三块内容：料盘转移、芯片转移和测试转移。如图1所示，左边是装载机械手，右边是卸载机械手，两者的机械原理一样。机械抓手的动作经过如下：马达是机械抓手的驱动源，系统发送指令给驱动电路，再由集成驱动电路控制气缸向下运动，真空发生器抽真空汲取芯片，命令气缸向上运动，从料盘位置挪动到测试盘位置，再发送指令控制气缸向下运动，释放真空的同时吹气，使芯片在测试盘中放置平整，然后气缸向上运动，回到初始位
5、置，完成芯片从料盘到测试盘的操纵。工作经过中假如气缸运动速度过快，很可能产活力械手的抖动而使吸附在机械手上的芯片位置发生改变，也会使芯片在放置人测试盘时产生斜放，它就会对后道的测试机测试工序造成两种后果，一种是接触不良，导致无法进展测试；另一种就是芯片在测试机上受压固定时被打坏。同理，机械手的抖动会使芯片放置到料盘时的位置也发生偏移，多盘料盘叠在一起，未放置人料盘定位槽的芯片一经挤压轻易被压碎或把芯片反面的焊球压坏，产生废品。另外，M6751型机械手的SMC气缸轴使用45#钢，长期使用易老化和端部生锈，造成运动速度不稳定而易引发芯片失效。图2是机械手的4个吸头及其驱动示意图，九是运动行程约12
6、mm。气缸驱动轴心上下运动，带动头部由橡胶制成的具有很好密封性的梯形真空吸嘴上下运动。本设计的测速仪能对机械抓手上下运动速度与行程进展准确的测量，并根据测量结果对气缸的运动速度与行程进展电气与机械调整，抓手的速度与行程。2.2测试机图2M6751的4个吸头及其驱动的示意图测试机局部由工作站、计算机主机、测试头和IC成品测试界面接口板等组成。能测试芯片产品在不同温度条件下的性能，并保证每颗芯片都能符合其功能参数要求。按照测试的结果将元件放人适当的卸载区域。工作站控制所有的系统功能，并且下载测试程序和获得测试结果；计算机主机包含了测试电路主板以及必要的电源供给；测试头包含了电子别针插件，用来接触芯
7、片，测试并分配主板信号到每个芯片引脚；IC成品测试界面接口板是主板、测试头和芯片的连接局部。 b3机械抓手测速仪的电路设计3.1电路构造图/balign=center测速仪的电路原理框图如图3所示，其信号拾取局部电路原理如图4所示。/align图4信号拾取根本原理图测速装置是根据法拉第电磁感应原理进展工作的，当磁钢片N极向线圈运动时，通过线圈的磁通量增加产生感应电流，其激发的磁场阻碍线圈内磁通量的增加，线圈感应电流所产生的磁感应方向与磁钢片的磁场方向相反。这一电流信号通过采样电阻转化为电压信号，经过放大器放大后再与比拟器的基准电压信号相比拟，输出一个“1，单片机开场计数，单位时间内计数显示的数
8、值大小间接地表示了吸头向下运动的速度快慢。而当机械抓手不运动时，磁钢片停顿运动，线圈没有感应电流变化，比拟器输出一个“0，单片机停顿计数。如图4所示。当磁钢片N极远离线圈时，通过线圈的磁通量减少，感应电流的磁场与磁钢片磁场方向一样，线圈中产生负的感应电流，这与S极向下运动的效果是一样的，因此，假如要测试吸头向上运动的速度，只需把S极向下安放，那么在吸头上升时，线圈中产生负的感应电流，同样经放大、比拟后也输出“1，单片机计数输出。单位时间内的计数数值大小可表示机械抓手的运动速度或是运动行程。吸头完成一次运动停顿后，计数器自动复位等待下一次测试。本设计在单片机的编程时也考虑了由于磁片在运动经过中的
9、微震动而引起的测量值不稳定的修正方法。根据计数显示结果对机械抓手的气缸气压进展调节，进而获得准确的速度值与行程值控制。3.2电路原理图及各单元介绍以AT89C2051为主控核心的测速电路原理图如图5所示。b3.2.1电源电路/b测速装置采用由9V的干电池供电。电路中的+5V由三端稳压集成电路7805输出作为主电源，由ICL7660组成-5V辅助电源，它们同时接在采用双电源供电的精细运算放大器OP77的管脚8和管脚4上，OP77构成反向输入放大器。7805的负载电流到达350mA左右，功耗比拟低，不需加装散热片。-5V电源由ICL7660输出，ICL7660的工作电压范围在+1.510.5V，可
10、向负载提供1020mA的电流，接负载后本身耗电小于0.5mA，其转换效率为95%以上。外围电路只需外接两个电容即可工作，当电源电压小于5.5V时，能承受持续短路，能利用振荡器和多路模拟开关实现电压极性的转换，是一种变极性DC-DC变换器，可以将正电压输入变为负电压输出，即Ui与Uo的极性相反。它的1脚为空脚；2、4脚分别外接10F/26V的电解电容的正、负端；3脚为信号地；5脚为转换负电压输出端，对地反接10F/26V的电解电容C2；6脚是芯片内置电源低电压端，当Ucc3.5V时，此端开路；Ucc+6.5V时，为防止芯片损坏，输出电路须串接一个二极管VD。电容C7是一个旁路电容，接在输入电源和
11、地之间，增强抗干扰才能。-5V电源是辅助电源，后级负载OP77功耗也比拟低，选用ICL7660构建-5V电路就能符合设计要求。3.2.2信号调理电路线圈上感应的电流信号，经过电阻及，转化为电压。一般感应信号非常微弱，需要OP77把其放大到200倍左右，再送到比拟器LM393与基准电压信号比拟后将输出电平送给单片机。OP77是一款超低失调电压运算放大器，拥有高增益，低功耗，低的初始Uos漂移和较快的稳定时间，可消除前级放大电路的非线性误差，非常适用于高分辨率的仪器设备和误差要求严格的电子系统中。采用双电源供电构成的反向输入放大器，可以有效地进步精度，满量程可以输出5V。反相输入端2脚接2.4k的
12、输入电阻R1，同相输入端3脚接2.4k的外接电阻R2，2脚和6脚间接大小为500k的反应电阻R3，4脚接-5V，7脚接+5V。1，5，8脚悬空。放大器的电压增益为-R3/R1=-500k/2.4k=-200。运放LM393是作为比拟器运用的，它的负端接一个可调电位器R5的目的是稳定输出。由电磁感应原理可知，当磁铁与线圈间有相对运动时，线圈中才产生感应电流，相对运动的速度越大，感应电流越大。磁钢片在刚开场运动时的速度比稳定的速度慢，这样就会产生不同的感应电流，经过放大就会有不同的输出电压，而实际所需要测量的是稳定时的速度，那么可通过调节月，比照较器的比拟端设置一个低电压，这样在比拟时就可以把磁钢
13、片运动中不稳定因素所引起的电压去除，到达防噪的目的。选择参考电压为可调的目的在于可以根据不同的工作情况及环境干扰来调节参考电压，以降低测量误差。LM393其输出脚为OC门，须加上拉电阻，本电路中接到了AT89C2051的P1.2上，AT89C2051的P1.2到P1.7有内部上拉，所以电路中省略了LM393输出端的上拉电阻。3.2.3AT89C2051的主控电路及四周电路测速装置的主控芯片选用Atmel公司的AT89C2051，它是一款低电压高性能COMS8位单片机，片内含2kbytes的可反复擦写的只读存储器PEROM和128bytes的随机存取存储器RAM，器件采用Atmel公司的高密度，
14、非易失性存储技术消费，兼容标准MCS-51指令系统，芯片内置通用8位中央处理器和Flash存储单元，功能强大。晶振电路选用6M石英晶体和两个30pF起振电容，并跨接一个1M电阻，用于防止停振。P1.2与比拟器LM393的输出相连，判定P1.2是否触发，一旦触发那么计数。计数的标准为1ms，设计的量程是999ms，有3个数码管显示，分别对应百位、十位和个位。MCU程序由WH200编程加密器写入。限于篇幅，此处不作详叙。看门狗电路具有监视器与执行器的作用，目的是进步测控系统可靠性。电路采用14位二进制串行技术/分频振荡器CD4060来实现硬件看门狗电路，它的电压范围宽315V。选R1=130k、C
15、1=100pF时，振荡频率经内部14级二分频后，在3脚约2Hz的频率信号。R2为偏置电阻。正常情况下AT89C2051每隔一段时间t1就将CD4060复位一次。一旦由于某种原因导致CPU失控，CD4060不能及时被复位，经过期间t2t2t1就从3脚输出高电平将AT89C2051复位，把CPU复位到正常状态，然后CPU又将CD4060复位，使3脚恢复成低电平。R3C2组成微分电路，可将P3.4口输出的复位电平变成复位脉冲。GAL16V8D译码及驱动电路。GALGenericArrayLogic是采用先进的E2PROM工艺制造的大规模专用数字集成电路，GAL器件具有高速、低耗、用户可反复编程及构造
16、灵敏等特点。GAL的输入缓冲器的逻辑作用是把输出变量转换成原变量和反变量，为与门阵列提供输入信号。同时，由于CMOS工艺输入阻抗很高，要求的输入驱动电流大大低于普遍双极型器件，使驱动电路有很高的扇出系数，并可与TTL电路兼容，也可直接驱动数码管。GAL16V8D译码并驱动数码管显示，由单片机控制显示位数。单片机的P1.7连接GAL16V8D的使能端12脚、P1.6连接9脚、P1.5连接8脚，相对应地显示百位、十位和个位。电路中GAL16V8D工作在一般形式下，有4个输入端，分别与单片机的输出相连，GAL16V8D的2脚对应单片机的P3.0；3脚对应P3.1；4脚对应P3.2；5脚对应P3.3。
17、有7个输出端接数码管管脚。GAL16V8D完成4位二进制数的译码。采用ABEL语言对GAL16V8D进展编程，实现译码功能，其GAL程序略叙。数码显示电路采用欧兴电子的SP402401LED数码管，其电压范围为1.82.3V。具有红色、高亮度、低功耗、售价低等特点。SP402401采用共阴接法，驱动电流在510mA之间。GAL16V8D译码后完成对SP402401LED数码管的驱动。SP402401引脚8、引脚9和引脚12是片选使能脚，3脚为小数点。1脚对应数码显示段E位，2脚对应D，4脚对应C，5脚对应G，7脚对应B，10脚对应F，11脚对应A，6脚悬空。b4测速仪的使用4.1电路的信号流程
18、/b假如当磁钢片运动时，磁场的变化会在线圈L上产生感应电流，经过电阻R1与OP77的反向输入端2脚相连，放大200倍后，在6脚输出。再经过R4把输出电压值耦合到电压比拟器LM393的正向输入端3脚。与反向输入端可调电位器上的参考电压相比拟，在1脚上输出电平。LM393脚1上输出电平接到AT89C2051的P1.2，假如P1.2接收的是高电平，那么单片机以定时步长为1ms触发计数，直到P1.2收到一个低电平停顿计数。同时将计数值送到显示缓冲区。译码由AT89C2051和GAL16V8D共同完成。译码输入是单片机的P3.0、P3.1、P3.2和P3.3，输出是GAL16V8D的13号脚到19号脚，
19、对应接在七段数码管上，单片机的P1.7、P1.6、P1.5控制数码显示输出。b4.2测速仪的调整/b测试仪不需要对原设备作额外的安装，只利用机械手本身自带的抽真空功能。实际应用时只要让真空吸头抽真空汲取一片磁铁，把测速仪的线圈感应器局部对准磁铁，然后机械控制真空吸头的上下挪动，仪器能根据磁铁的N极和S极分别测试向下或向上的速度，机械抓手的运动速度在LED上显示。机械抓手运动行程控制方法如图6所示。气缸驱动吸头的上下挪动。设备日常维护标准标准中规定，当气缸在初始状态下，吸头的连接块与气缸联动轴顶端的接触范围必须在0.51mm之间可用塞尺进展测量；而当吸头向下运动时，通过白色硬塑料挡块进展阻挡控制，防止吸头向下间隔过大。白色硬塑料挡块的另一作用是可以缓冲吸头运动引起的震动。吸头的运动间隔是有限制的，通常行程为12mm。图6测速仪使用示意图机械抓手运动速度控制。吸头是由气缸来驱动的，只要控制气缸的速度就能控制吸头向下的速度，而气缸速度变化是由进入气缸的流量引起的。所以，通过机械调整进入气缸的流量大小就能改变气缸速度，到达控速的目的。5完毕语测速装置主要运用于短间隔运动部件的速度测试，通过在消费线实际测试工序的操纵使用，能对芯片测试设备机械抓手运动速度实现较准确测控，在不影响芯片测试质量的前提下进步测试效率和成品率，缩短了测试环节的周期，降低了测试环节本钱。0