晶圆级倒装装备及控制系统

Posted 2022-12-16 深圳信迈科技DSP+ARM+FPGA

晶圆级倒装装备主要由晶圆盘进料模块、晶圆盘工作台模块、覆晶模块、焊头模块、基板工作台模块、点胶模块、视觉模块和基板进出料模块组成，如图 2-2 所示。 晶圆级倒装装备控制系统结构 晶圆级倒装装备的运控系统主要由工控机、运动控制卡、驱动器、反馈装置和直线电机运动平台构成，工控机是整个运控系统的上位机，运动控制卡直接插在工控机的 PCIe 接口卡槽上，并可以在运动控制卡上自定义设计伺服控制算法，采用输出模拟量 DAC 命令方式控制驱动器，驱动器设置为电流环控制模式，将输入的模拟量 DAC 命令进行放大处理输出相对应的电流给被控对象，从而来控制直线电机来回运动，反馈装置采用的是海德汉的增量式光栅尺，光栅尺的定位精度，决定了整个系统的精度，光栅尺的扫描频率决定了直线电机运动的理论最大速度，其基本运动控制系统结构图如图 2-3 所示。 运动控制卡 运动控制卡是安装在工控机上的 PCI 或 PCIe 卡槽上的一种上位机控制单元。 上位机控制单元的主要核心是由高速 DSP 以及 FPGA 芯片组成，并且通过发送模拟量或脉冲量指令来实现同时对多个轴进行协调控制。晶圆级倒装装备控制系统上位机采用的是由固高科技（深圳）最新研发GHN 系列运动控制卡，如图 2-4 所示。

GHN 是一款网络型、模块化的插卡式运动控制卡，主卡与端子板之间通过gLink-II 总线进行串联通信。并采用一个五阶的 PVT 运动规划器来实现基本的运动规划。其主要特点是采用高性能 ADI SHARC 处理器（双核 32 位浮点 DSP+ARM Cortex A5，主频 450MHz），支持多轴应用(最多 36 轴)，控制周期 250 u s ，支持用户将自定义控制算法下载到一个 DSP 核中执行。所以 GHN 运控卡适合用于自主开发高速、高精度的微电子封装设备的场合中。 驱动系统 由于整个控制系统伺服算法写入在运动控制卡上，所以驱动器只是工作在电流环，主要功能是接受运动控制卡输出的模拟量 DAC 经过处理转换成相应比例的电流输出给被控直线电机，起到一个放大作用，并且三相交流的直驱电机在初始化时需要寻找电机的相位角时，也是靠驱动器来完成的，因此将驱动器内部电子电路的延时忽略，将驱动器模型简化为一个放大环节。 驱动器在整个系统中主要的功能是完成电流环，三相电机首次上电使能时便自动寻找相位角，接收运控卡的命令信号和发送报警信号给运控卡，在驱动器里设置了位置、速度和电流保护等其他功能。 反馈装置 反馈装置是由光栅尺和读数头组成，是将运动平台的位移信号实时精确地反馈给运动控制系统的测量元件，主要分为绝对式和增量式两大类。直线电机一般搭配的是栅尺，旋转电机则搭配的是编码盘、旋变或霍尔。晶圆级倒装装备运动平台的设计要求定位精度要求在 μm 级范围内，这要求位置测量元件必须要有高分辨率。由于被控对象要求实现高速高精度的要求，所以反馈装置必须具有较强 的抗干扰性。综合以上因素，晶圆级倒装装备上的直线运动平台的测量元件均采用增量式光栅尺，其定位精度可达 0.1μm ，且满足或优于国际上同类产品的定位精度。