Tekhnologiya_sborki_integralnyh_skhem

производить перевод логического адреса в реальный. Этот перевод осуществляется по специальным формулам, что является отличительной особенностью организации памяти. Другая особенность заключается в том, что распределение памяти динамическое, т. е. программные файлы различной длины занимают различный объем памяти и расположение их в памяти произвольно. Такая организация памяти позволяет максимально использовать ее объем, тратить малое время на извлечение информации, однако усложняет обращение к ней.

Рис. 9.9. Графическое изображение программного файла

Все адресное пространство ЗУ разбивается на зону реальных адресов и служебную зону. Объем зоны реальных адресов динамически распределяется между программными файлами, в служебной зоне каждому программному файлу отводится определенная зона базовых адресов с фиксированным объемом 64 байта.

Зона базовых адресов предназначена для хранения индекса микросхем и базовых адресов программ кристалла и рамки. Базовым адресом программы называется тот реальный адрес, с которого начинается данная программа в зоне реальных адресов.

Для расчета адресов ячеек, содержащих базовые адреса кристалла и рамки, служат следующие формулы:

260

где АпрК – адресi-й программы для кристалла в зоне базовых адресов;

АпрР – адрес i-й программы для рамки в зоне базовых адресов;

Ан. зоны – начальный адрес зоны базовых адресов для данного файла;

Nпp – номер программы;

Ар – реальный начальный адрес файла; Абаз – реальный базовый адрес программы; Nвыв – номер вывода.

Для точек совмещения рамки реальные адреса располагаются в зоне базовых адресов и рассчитываются по формуле

Таким образом, алгоритм обращения к памяти будет определяться следующей последовательностью действий:

1)в служебной зоне производится поиск заданного индекса микросхемы;

2)при наличии индекса микросхемы по формуле для АпрК (для

кристалла) или для АпрР (для рамки) производится вычисление адреса ячейки, в которой хранится базовый адрес файла;

3)производится выборка базового адреса из найденных ячеек;

4)в соответствии с формулой для Ар находится начальный адрес файла;

5)в ячейку с реальным адресом заносится содержимое младшего байта (МБ) регистра X, в следующую ячейку – содержимое старшего байта (СБ) регистраX, вочередные– содержимоеМБ и СБрегистраY;

6)если индекс микросхемы не найден, то производится поиск зоны с незанятыми ячейками хранения индекса микросхемы и занесение туда искомого индекса;

261

7)в зоне реальных адресов отыскивается ячейка, в которой записанп управляющая метка КП;

8)по формуле для АпрК или для АпрР вычисляется адрес ячейки

хранения базового адреса;

9)на найденную ячейку заносится значение реального адреса, найденного выше и увеличенного на единицу;

10)вновь выполняется алгоритм обращения к памяти.

МПСУ решили многие проблемы в оборудовании сборки изделий микроэлектроники и поставили новые, в первую очередь вопрос надежности программного обеспечения (ПО), теория которого в настоящее время находится в стадии развития по сравнению с теорией надежности аппаратных средств. Между ними имеются следующие различия:

1) отказы аппаратуры обусловлены физическими дефектами, а отказы ПО – программными ошибками. Надежность ПО определяется качеством ее проектирования. Следует отметить, что надежное программное обеспечение должно иметь средства защиты от сбоев аппаратуры;

2)аппаратура подвержена физическому износу, а программа – нет, т. е. при хранении программ в течение разумных сроков на ка- ких-либо носителях они не искажаются. Отказ программы во время

еепрогона из-за сбоя аппаратуры квалифицируется как отказ аппаратуры, а не программы;

3)для аппаратуры разработана и достаточно исследована теория надежности, теория надежности для ПО в настоящее время развита недостаточно;

4)такие характеристики надежности аппаратуры, как интенсивность отказов, среднее время между отказами, наработка на отказ, как правило, не имеют смысла для ПО;

5)методы тестирования, априорного предсказания надежности,

ееоценки для аппаратуры и для ПО значительно отличаются;

6)большинство избыточных методов, используемых для повышения надежности аппаратуры, не улучшает надежность НО;

7)отказы ПО нельзя устранить с помощью запасных модулей. МПСУ позволили значительно повысить надежность аппарату-

ры, переложив значительную часть функций на ПО, обеспечивающее, кроме того, и диагностирование различных узлов и элементов.

262

Объем ПО автоматических установок сборки в среднем составляет 24–48 кбайт и имеет тенденцию к увеличению с повышением интеллекта машин.

9.1.3.Датчики в системе управления сборочного оборудования

Оборудование сборки изделий микроэлектроники работает с погрешностями позиционирования рабочих узлов и механизмов от единиц до десятков микрометров. Соответственно и датчики выполнения операций в системе управления должны иметь не меньшую погрешность срабатывания. Общее количество датчиков в оборудовании достаточно большое, и они, кроме того, разнообразны по решаемым задачам (например, датчики положения, температуры, ускорения и т. д.). Разделим их на две группы. К первой отнесем датчики универсальные, используемые в системах управления практически любой сборочной установки. Это датчики положения кон-

цевые и линейного перемещения. Ко второй группе отнесем датчики специального назначения, необходимость использования которых появляется при реализации определенных технологических операций (например, датчик температуры позиции монтажа кристаллов или датчик ускорения на координатном приводе для получения определенных его динамических характеристик).

Проанализируем только первую группу. В сборочном оборудовании нашли наибольшее распространение среди концевых датчиков положения индуктивные и фотодатчики, а среди датчиков линейного перемещения – емкостный, на основе эффекта Холла, и фотоэлектрический с прецизионными шкалами.

Датчик положения индуктивный (ДПИ) содержит генератор сину-

соидальных колебаний с частотой генерации приблизительно 1 мГц и каскад согласования. Датчик срабатывает при введении металлической пластины в зону торцевой поверхности, при этом изменяется величина положительной обратной связи в генераторе синусоидальных колебаний, нарушаются условия самовозбуждения, происходит срыв генерации. Таким образом, различают два состояния генератора – наличие генерации и отсутствие ее. Каскад согласования анализирует ток потребления генератора при наличии генера-

263

ции и при ее отсутствии и устанавливает на выходе логические сигналы «0» или «1».

При введении стальной пластины датчик срабатывает на расстоянии примерно 1,5 мм, при этом воспроизводимость расстояния включения при температуре окружающей среды 25±5 °С и отклонении питающего напряжения от номинального значения на ± 1 % не более 20 мкм. Дифференциал хода датчика, т. е. разность между точками включения и отключения, 0,1–0,2 мм. Зависимость расстояний включения и выключения от напряжения питания показана на рис. 9.10. Датчик может срабатывать и от пластин, изготовленных из других металлов, при этом изменяются расстояния включения и выключения (например, для алюминия расстояние включения уменьшается и становится менее 0,5 мм, а для стали 20X13 увеличивается более чем на 1,7 мм).

l, мм

2,5

1,5

Фотоэлектрический датчик представляет собой опто-электрон- ную пару, оптическую связь которой можно разрывать механическим введением некоторого предмета.

Основное достоинство датчика – относительно высокое быстродействие срабатывания, однако по сравнению с ДПИ этот датчик

264

меньше распространен в оборудовании, поскольку при одинаковом функциональном назначении имеет больше ограничений в применении в конкретных конструкциях установок.

Емкостный датчик линейного положения (ДПЕ) предназначен для определения положения поверхности кремниевой пластины при зондовом контроле, чтобы обеспечить заданную скорость перемещения зонда при его контактировании с контактными площадками кристаллов на пластине. Схематическое подключение датчика показано на рис. 9.11.

Рис. 9.11. Подключение ДПЕ

Обкладка датчика представляет собой торцевую поверхность штыря диаметром примерно 3 мм, заключенного в специальный экран для устранения паразитных влияний внешних элементов и локализующего электрическое поле. При изменении расстояния между пластиной и штырем датчика на 1 мкм емкость изменяется приблизительно на 0,2 пФ, что дает соответственно изменение тока приблизительно 100 нА при подаче на датчик переменного напряжения с частотой 100 кГц. Изменение тока регистрирует операционный усилитель. Кремниевая пластина для такой частоты имеет внутреннее сопротивление на несколько порядков меньше, чем воздушный зазор между нею и штырем датчика, поэтому датчик регистрирует изменение расстояния от поверхности пластин до торцевой поверхности штыря. Датчик позволяет определять разновысотность поверхности пластины в пределах до 0,1 мм с погрешностью приблизительно 1 мкм. Поскольку пластина изготовлена с малой

265

непараллельностью, высоту ее достаточно измерить один раз перед началом работы в одном положении пластины, так что к быстродействию датчика не предъявляется жестких требований. Скорость перемещения привода по координате Z при измерении положения поверхности пластины не превышает 10 мм/с.

Микроминиатюрные преобразователи Холла из эпитаксиальных пленок InSb и GaAs используются в установках присоединения проволочных выводов для определения высоты поверхности кристалла. Поскольку поверхность кристалла может быть расположена по отношению к основанию под углом 2° и более (особенно при монтаже кристаллов с помощью клея), необходимо на кристалле определять положение по высоте каждой из его контактных площадок с погрешностью 3–5 мкм.

В качестве исходных технологических пластин использованы эпитаксиальные структуры, содержащие пленки InSb (толщиной 2–7 мкм) и GaAs (толщиной 0,2–1,5 мкм) на подложках из полуизо-

лирующего арсенида галлия: п–InSb–i–GaAs и п–GaAs–i–GaAs

с п = 1016...~1018см–3.

Преобразователи Холла из гетероэпитаксиальной структуры п–InSb–i–GaAs отличаются стабильностью, низким уровнем шумов, возможностью достижения малых значений остаточного напряжения, малыми температурными коэффициентами сопротивления и чувствительности (не более десятых и сотых долей процента на градус соответственно). Они обладают высокой линейностью по магнитной индукции и имеют чувствительность 0,1–0,5 В/Тл.

Преобразователи из эпитаксиальной структуры обладают высокой чувствительностью (1–5 В/Тл), повышенной теплостойкостью (до 200 °С), малыми температурными коэффициентами сопротивления и ЭДС Холла, а также сравнительно низкими значениями тока управления (5–15 мА)

В сборочных установках скорость перемещения привода по координате Z при определение высоты объекта с помощью датчика Холла обычно не превышает 100 мм/с.

9.1.4. Системы технического зрения

Системы технического зрения (СТЗ) для сборки изделий микроэлектроники – это комплекс устройств, выполняющих функции

266

идентификации, определение дефектов поверхности, ориентацию либо определение пространственного положения объекта сборки. СТЗ включают оптико-телевизионные системы, осуществляющие освещение объекта и проецирование его изображения на мишень преобразователя свет – сигнал, и устройства распознавания изображения средствами электронной техники.

В качестве преобразователя свет – сигнал рассматриваем исключительно электрические преобразователи растрового типа – ТВ-дат- чики па основе вакуумных трубок либо твердотельных приборов с зарядовой связью (ПЗС).

Оптико-телевизионная система (ОТС) может компоноваться

всборочной установке несколькими способами:

1)распознавание осуществляется на той же позиции, на которой осуществляется сборка, и процесс сборки практически не выходит из поля зрения ТВ-датчика (рис. 9.12, а);

2)распознавание осуществляется на той же позиции, на которой осуществляется сборка, однако инструмент на время распознавания выводится из поля зрения ТВ-датчика, либо при неподвижно закрепленных инструменте и оптико-телевизионной системе объект, расположенный иа координатном приводе, последовательно подается на позиции распознавания и сборки (рис. 9.12, б);

3)распознавание осуществляется на отдельной позиции, параллельно операции сборки (рис. 9.12, в).

Рис. 9.12. Схема выполнения визуальной операции:

а– на одной позиции; б – последовательное выполнение операций;

в– параллельное выполнение операций на разделенных позициях

267

Первый способ позволяет осуществлять контроль непосредственно в процессе сборки, однако технические сложности его реализации очевидны: требуется быстродействующий ТВ-датчик, загораживание инструментом части рассматриваемой сцены, распознавание в трехмерном пространстве и т. д. Все это привело к тому, что автоматизация визуальных операций таким способом практически не реализуется.

Наиболее распространен второй способ. Объектив ТВ-датчика фиксируется рядом с инструментом сборки. Это позволяет установить параллельно систему координат ТВ-датчика и пространственную систему координат объекта, распознавая при этом плоскостное изображение.

В ряде установок, таких как зондовые или разделения, инструмент и объектив ТВ-датчика неподвижны, а объект располагается на координатном приводе, в других же, например в некоторых установках присоединения выводов, объект неподвижен, а объектив с инструментом находится на координатном приводе. В обоих случаях координатный привод может совмещать объект сборки либо с инструментом, либо с объективом ТВ-датчика. Недостаток данного технического решения заключается в том, что расстояние между инструментом и объективом ТВ-датчика определено конструкцией установки и при смене инструмента изменяется произвольным образом. Для определения этого расстояния в установки вводится специальный режим обучения.

Естественно, что в полностью автоматической установке необходимо решить задачу автоматической коррекции расстояния между инструментом и объективом ТВ-датчика. Погрешность в его определении будет входить в общую погрешность позиционирования инструмента. Если объектив и инструмент сборки размещаются на координатном приводе, масса оптико-телевизионной системы ухудшает динамические характеристики привода, снижая тем самым производительность оборудования

Третий способ автоматизации визуальной операции на отдельной позиции обладает достоинствами параллельного выполнения любых операций: он увеличивает производительность оборудования, и отдельная позиция позволяет не связывать конструкцию оп- тико-телевизионной системы с конструкцией установки. Этот способ имеет больше недостатков по сравнению с предыдущим. Необходимо решить вопрос совмещения инструмента с системой коор-

268

динат ТВ-датчика, только эта задача значительно сложнее. Кроме того, может оказаться необходимым дублировать некоторые устройства, например координатный привод, если поле зрения ТВ-датчика меньше размеров распознаваемого объекта. К недостаткам относится и то, что действия, выполняемые установкой после получения информации с позиции распознавания, в дальнейшем не контролируются, т. е. установка может производить бракованную продукцию вплоть до выявления брака на очередной операции визуального или иного контроля. Следовательно, для автоматических систем такая компоновка менее предпочтительна.

Структурные схемы СТЗ

Структурная схема каждой конкретной СТЗ определяется несколькими составляющими: техническими характеристиками, конструкцией установки и технической базой, которой располагает разработчик.

При проектировании изделия все составляющие взаимосвязаны и оказывают влияние друг на друга. Ведущую роль играют технические параметры СТЗ, такие как быстродействие, коэффициент распознавания и погрешность ориентации либо определения положения объекта.

Ориентация объекта однопольной оптической системой

Распознавание объектов предполагается осуществлять в растровых изображениях, представленных электрическим видеосигналом. При этом широко распространенные сравнительно простые телевизионные датчики, имеющие развертку, близкую к стандарту вещательного телевидения, позволяют реализовать координатную систему разрядностью до l × l элементов, где l – разрешающая способность ТВ-датчика (обычно l = 300–600 линий). Независимо от коэффициента увеличения оптической системы минимальная погрешность определения углового разворота объекта в такой координатной сетке составляет 1/l рад.

Максимально допустимая угловая погрешность ориентации пластин 1l практически для любого их диаметра, а это означает,

что осуществить ориентацию пластин с требуемой точностью в ко269