工控網(wǎng)首頁(yè)
>

應(yīng)用設(shè)計(jì)

>

SSCNET 在半導(dǎo)體及光電產(chǎn)業(yè)設(shè)備的應(yīng)用

SSCNET 在半導(dǎo)體及光電產(chǎn)業(yè)設(shè)備的應(yīng)用

前言
一般討論運(yùn)動(dòng)控制的文章都比較偏重于工具機(jī)的范疇,它牽涉到比較多的運(yùn)動(dòng)軌跡規(guī)劃及控制理論,但由于近年來半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)及光電產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展,生產(chǎn)設(shè)備的需求也日趨增加。 傳統(tǒng)的生產(chǎn)設(shè)備大多歸類在工廠自動(dòng)化(FA)的范圍,大多使用PLC控制器來控制生產(chǎn)的流程,然而這些應(yīng)用多半不符合現(xiàn)今要求高產(chǎn)能且高復(fù)雜度的半導(dǎo)體設(shè)備及光電產(chǎn)業(yè)設(shè)備,因?yàn)檩S數(shù)的增加以及控制方式日益復(fù)雜化,設(shè)備所要求的動(dòng)作不再是簡(jiǎn)單的開關(guān)控制或是過程控制,通常用到數(shù)據(jù)庫(kù)、網(wǎng)絡(luò)連結(jié)以及影像檢測(cè)系統(tǒng),而且每次的動(dòng)作都是根據(jù)外在變量來規(guī)劃,又必須做精確的定位及高速的動(dòng)作,這些復(fù)雜的功能還必須架構(gòu)在多執(zhí)行緒的程序中執(zhí)行,以往的PLC 的控制器不夠使用。 因此機(jī)器自動(dòng)化(MA)領(lǐng)域也就日漸抬頭。設(shè)備業(yè)中的軟件工程師工作量日趨繁重,不再只是偏重于機(jī)構(gòu)或是電控,而這些原本的PLC系統(tǒng)也漸漸被軟硬件越來越成熟的PC based 所取代。本文將通過SSCNET系統(tǒng)來討論幾個(gè)半導(dǎo)體設(shè)備及光電設(shè)備業(yè)常用的功能,期望通過本文能對(duì)正在為兩兆雙星產(chǎn)業(yè)設(shè)備而努力的工程師們有所幫助。

SSCNET的控制架構(gòu)
SSCNET是一個(gè)專為運(yùn)動(dòng)控制所制定的網(wǎng)絡(luò)通訊協(xié)議,它是由三菱電機(jī)名古屋制作所于90年代初期發(fā)展的新一代運(yùn)動(dòng)控制架構(gòu),最新的一代(SSCNET III)采用光纖系統(tǒng),并配合更高性能的伺服驅(qū)動(dòng)器(J3B)。光是一二代在市場(chǎng)上應(yīng)用已超過兩百萬(wàn)軸,所以是一個(gè)很成功的串行運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)。它的原理并不復(fù)雜,要使用它必須分成四層來說明,如圖一:以SSCNET的規(guī)格來說,每個(gè)T代表0.888ms,可以控制6軸。但市面上已有 ADLINK SSCNET motion card 可在0.888ms 控制 12 軸而且是在同一個(gè)時(shí)鐘周期上,也就是說可以做12軸同動(dòng)。



1. 馬達(dá)控制層 - 建構(gòu)在三菱的B-type伺服驅(qū)動(dòng)器中,保留原本三菱的伺服控制技術(shù)并外加了通訊接口,固定時(shí)鐘接收伺服指令及傳回伺服狀態(tài),并控制馬達(dá)的位置、速度及扭力,可用Station ID switch 指定軸號(hào),不受配線順序影響。

2. 網(wǎng)絡(luò)通訊層 - 主要的技術(shù)是在同一條網(wǎng)絡(luò)上的所有軸都依循一個(gè)固定的控制周期來運(yùn)作,也就是控制上具有多軸等時(shí)性的特性。因此能達(dá)到運(yùn)動(dòng)控制上的多軸絕對(duì)同步,通信上則是以Master/Slave的架構(gòu)來進(jìn)行.masterIC一般都是在主控計(jì)算機(jī)端,Slave IC 則是內(nèi)嵌于伺服驅(qū)動(dòng)器.masterIC 負(fù)責(zé)在控制周期內(nèi)將指令傳送至各軸,并接收從各軸Slave IC傳來的信息,其同步時(shí)鐘為0.888ms。

3. 運(yùn)動(dòng)控制層 - 必須有一個(gè)同步于SSCNET的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng),負(fù)責(zé)將這些指令放到SSCNET.masterIC 并且將各軸信息.masterIC 取回。這個(gè)控制系統(tǒng)在PC based上有兩種作法:第一種是利用一顆微處理器接.masterIC 的控制周期中斷,并于固定的時(shí)間內(nèi)將該周期的運(yùn)動(dòng)命令計(jì)算出來并送.masterIC。當(dāng)然同時(shí)間也必須讀.masterIC上的信息,這顆微處理器是獨(dú)立于PC之外,通常會(huì)設(shè)計(jì)在外圍控制卡上,以凌華的 PCI-8372而言,是采用TI的浮點(diǎn)運(yùn)算DSP。另外一種是利用PC上的CPU接.masterIC 的控制周期中斷,同樣的,必須于固定的時(shí)間內(nèi)將該周期的運(yùn)動(dòng)命令計(jì)算出來并送.masterIC,以工研院機(jī)械所開發(fā)的SSCNET-N601而言,是采用VenturCom的RTX開發(fā)環(huán)境,前者的好處是穩(wěn)定且方便機(jī)臺(tái)設(shè)計(jì)者使用,后者的好處是機(jī)臺(tái)設(shè)計(jì)者可以直接控制SSCNET,但必須考慮同步問題。

4. 使用者接口層 - 這一層是純軟件,通常會(huì)與運(yùn)動(dòng)控制層緊密配合,由于最終的使用者(設(shè)備制造商)還是必須通過運(yùn)動(dòng)控制卡所附的接口函式或是圖控組件來設(shè)計(jì)機(jī)臺(tái)的生產(chǎn)程序,所以這一層對(duì)于商品化的SSCNET控制卡格外重要。業(yè)界大部分的設(shè)備軟件開發(fā)者都希望有個(gè)友善的使用者接口,少部分的使用者則喜歡由運(yùn)動(dòng)控制層做起。半導(dǎo)體設(shè)備及光電產(chǎn)業(yè)的設(shè)備特性是少量多樣,所以適用于前者,工具機(jī)及產(chǎn)業(yè)機(jī)械的特性是多量少樣,適用于后者。由運(yùn)動(dòng)控制層做起的使用者多半具有學(xué)術(shù)理論背景,或本來就具有這樣的技術(shù),所以會(huì)希望由控制層作起,如此一來運(yùn)動(dòng)控制卡就只是一張適配卡。由使用者接口層做起的使用者多半握有設(shè)備生產(chǎn)方式的核心技術(shù),只要利用廠商開發(fā)出之泛用或?qū)S煤?,就可以輕易的將設(shè)備的功能設(shè)計(jì)出來,他們所需要的只是產(chǎn)品的可靠性,并不需要知道太多的運(yùn)動(dòng)控制理論。如圖一的使用者接口層,使用者的命令是不需要跟SSCNET的通訊周期同步,因此可以降低設(shè)備開發(fā)者的困擾。本文接下來要通過凌華科技(ADLINK) 所開發(fā)的 PCI-8372 SSCNET 12軸運(yùn)動(dòng)控制卡(如圖二) 來介紹現(xiàn)今半導(dǎo)體業(yè)以及光電產(chǎn)業(yè)常用的功能。



半導(dǎo)體設(shè)備及光電產(chǎn)業(yè)設(shè)備常用的功能
1.load/unload system
上下料裝置是最常見的半導(dǎo)體設(shè)備功能,使用來取代人工上下加工件的動(dòng)作,通常需要一個(gè)單軸運(yùn)動(dòng)指令來實(shí)現(xiàn),若機(jī)臺(tái)中有多處使用上下料功能,也可以同時(shí)呼叫單軸運(yùn)動(dòng)指令或是一個(gè)全軸同動(dòng)指令來實(shí)現(xiàn),設(shè)計(jì)者可以根據(jù)所要的位置及速度下命令,并等待到位訊號(hào)即可. 這部分要求的是穩(wěn)定以及簡(jiǎn)便。

2.Pick & place system
這是組件取放動(dòng)作,可以是已封裝完成的芯片或是封裝前的晶粒,一般都是靠真空吸嘴以及一個(gè)兩軸機(jī)構(gòu)來完成,分為取-提高-平移-降低-放五個(gè)步驟,這過程中間也許會(huì)夾雜一些影像檢測(cè)的動(dòng)作,或是輸入點(diǎn)檢查動(dòng)作,或是位置比較動(dòng)作,利用 ADLINK SSCNET的功能可以讓這五個(gè)步驟間的轉(zhuǎn)折點(diǎn)更平滑,降低震動(dòng),增加穩(wěn)定度,又因?yàn)槭荄SP在處理整個(gè)動(dòng)作,所以更可以讓中間插入的額外動(dòng)作實(shí)時(shí)性更好,這部份講求的是周期速度,一般來說越快越好。瓶頸點(diǎn)在于影像檢測(cè)快慢跟運(yùn)動(dòng)之平順度。

3.Die bonding system


Die bonding 過程中需要一個(gè)多段式的連續(xù)速度profile,也是一個(gè)往返運(yùn)動(dòng),中途包含了 bonding時(shí)間的調(diào)整,這過程中還必須根據(jù)影像檢測(cè)結(jié)果來校正晶粒角度,以及其它 I/O點(diǎn)的配合等等,較低階的機(jī)器無法作移動(dòng)中的角度校正,往往需要在 bonding 之前停下來校正完畢后再bond,ADLINK SSCNET可以在移動(dòng)中根據(jù)影像數(shù)據(jù)來校正角度,達(dá)到bonding連續(xù)性的效果,這部份講求的是周期速度,當(dāng)然也是越快越好,除了Motion動(dòng)作的平順性之外,廠商對(duì)bonding的know-how也是關(guān)鍵之一。如圖三是一臺(tái)Die Bond Machine,主要?jiǎng)幼魇前言谟疫吘A上的晶粒取出,并放到左邊的導(dǎo)線架上。若是Flip Chip Bonder 也是可以用連續(xù)速度profile方式實(shí)現(xiàn)。如下圖四便是利用內(nèi)建功能所實(shí)現(xiàn)的 bonding 速度圖,并含有動(dòng)態(tài)位置校正的部份,因坐標(biāo)軸信息是機(jī)密所沒有顯示出。




4.Wire bonding system


Wire bond 過程比die bond 復(fù)雜一些,,因?yàn)樗倪\(yùn)動(dòng)方式超過2軸,是一個(gè)三度空間運(yùn)動(dòng),過程中也需要一個(gè)多段式的連續(xù)速度profile,最后一段通常會(huì)有一個(gè)壓合跟拉斷的動(dòng)作,wire bond 出來的結(jié)果如圖五所示。ADLINK SSCNET 可以在運(yùn)動(dòng)中切換到速度及扭力模式,以配合精密的wire bond動(dòng)作,中途通常沒有影像檢測(cè)的校正,只需專注于wire bond之起點(diǎn)跟終點(diǎn)還有路徑及速度即可,利用SSCNET奈米級(jí)的高精度 (馬達(dá)一轉(zhuǎn)131,072分辨率),可以輕易控制wire bond準(zhǔn)確的動(dòng)作。這部分所要求的motion control是速度,精度以及wire 形狀要一致。

5.Laser repair for TFT-LCD system


TFT-LCD 設(shè)備中的 Laser Repair 同樣也是要求高精度的運(yùn)動(dòng)控制,每個(gè)需要修補(bǔ)的地方被規(guī)劃為幾個(gè)的直線片段,修補(bǔ)上需依賴?yán)咨漕^的移動(dòng)精度以及速度,利用ADLINK SSCNET的高精度定位以及控制命令同步功能,可以修補(bǔ)出精準(zhǔn)的線段,如圖六是一個(gè)修補(bǔ)機(jī)臺(tái)使用 SSCNET 的測(cè)試結(jié)果。

6.IC Inspection by continuously on the fly camera trigger
QFP,BGA等包裝之IC生產(chǎn)出來大多放在 Tray上,要檢查其外觀通常需要一個(gè)影像系統(tǒng)配合運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)來完成,ADLINK SSCNET 提供動(dòng)態(tài)位置比較同時(shí)輸出觸發(fā)訊號(hào)給影像采集卡,如此可以做到動(dòng)態(tài)影像檢測(cè),提高產(chǎn)能。這樣的應(yīng)用也可以用在 AOI系統(tǒng)。在影像掃描的過程中也可以動(dòng)態(tài)調(diào)整與受測(cè)組件的距離。此應(yīng)用重點(diǎn)在于高速同步觸發(fā)以及實(shí)時(shí)位置上。

7.Common working area crash prevention by Interlock function
常常會(huì)有雙控制系統(tǒng)需要在同一區(qū)域工作,或者說會(huì)同時(shí)經(jīng)過一個(gè)區(qū)域,此功能類似交通號(hào)志,可以避免在同一工作區(qū)域的兩軸相互碰撞,以往可能要由設(shè)計(jì)者自行控制,結(jié)果往往是降低生產(chǎn)效能或是因?yàn)榉磻?yīng)不及而導(dǎo)致碰撞。ADLINK SSCNET 提供單一指令設(shè)定這個(gè)共同工作區(qū)域的防撞機(jī)制,可以讓后到的軸自動(dòng)減速,直到區(qū)域凈空才能通過。

8.TFT-LCD carrying by gantry mode
若要搬動(dòng)重物,比如說是大型LCD Panel,可以利用Gantry Mode功能來完成,此模式對(duì)ADLINK SSCNET來說相當(dāng)容易,因?yàn)楦鬏S可以同步控制而且給的是絕對(duì)位置指令,所以原理上只是將主軸的指令同時(shí)也送給另外一軸,這兩軸的位置就會(huì)同步在每個(gè)周期之下。在實(shí)際使用上只要指定兩軸為 Gantry Mode 關(guān)系并指定主軸即可。

后記
S
投訴建議

提交

查看更多評(píng)論
其他資訊

查看更多

凌華科技推出AES-100系列AI邊緣服務(wù)器

凌華科技推出邊緣視覺分析軟件開發(fā)套件EVA SDK加速邊緣AI視覺

人工智能正在改變物流自動(dòng)化的方式,將為勞動(dòng)密集型產(chǎn)業(yè)帶來革新

凌華科技加入開放式無線接入網(wǎng)O-RAN聯(lián)盟 加速網(wǎng)絡(luò)互通性 助力企業(yè)邁向5G

凌華科技推出首款搭載NVIDIA Quadro P1000圖形處理功能的PC/104模塊