江苏工程职业技术学院学报（综合版） ２０１５正
作台主要由安装在支座上的转盘和转盘四周的柔性机械手组成，通过控制电磁阀实现柔性机械手对电子
芯片的抓取、放下，转盘可带动集成电路芯片转换检测工位，进行各种检测。旋转工作台的结构如图２所
示。由于集成电路芯片要在多个工位进行测试、旋转及分选，并且芯片
引脚的间距和触点都很小，这对机械手的抓取精度定位要求很高。集
成电路芯片定位精度不够。会使芯片不能够准确放入测试工位，造成芯
片损坏 为了保证工位定位的精准，使用专用转台伺服电机系统和定
位传感器组成精确的定位控制系统。同时采用小惯量伺服电机驱动柔
性机械手上下动作．可获得极高的运行速度。
转轴孔
旋转台
柔性机械手
图２旋转工作台
２．３测试工作台
测试工作台位于旋转工作台的下方．内有对应于各个芯片的多个工作位。每个工作位上部均具有凹
腔．便于机械手取放被检测的电子芯片。工作位包括上料位、１－６个测试位、１ ２个旋转纠姿位、ｌ～３个剔除
废料的废料分级位、１￣２个激光打标位、１～４个扩展位、下料位。上料机构将集成电路芯片输入后，机械手精
准抓取半导体器件，放置到不同工作位；当一种参数检测完毕后，由前一个工作位依次被机械手抓取，随旋
转工作台的旋转，转移释放到下一个工作位，再进行其他参数的检测，不合格的半导体器件由废料分级位剔
除出去．合格的半导体器件由下料位送到编带机构包装输送出去。分选机主要实现的检测有以下３项：
１１电性能测试 针对产品各种电性参数，使用常用的电性能测试模块进行测试以确定产品能正常运
作。主要包括接触性测试（ｏｓ测试）、阻抗、感抗以及其他有关电磁参数的测试。
２１引脚三维视觉测试。在半导体芯片的封装尺寸中详细规定了半导体芯片引脚的个数及各个引脚之
间的间距 本文所描述的引脚三维视觉检测系统需检测各种引脚不良的情况，如引脚个数错误、引脚长宽度
的偏差及外在缺陷等。采用ＣＣＤ检测器，通过芯片图像软件进行处理分析，将不符合检测标准的芯片定义
为“不合格芯片”。在测试工位时集成电路芯片电路的方向是唯一的．而气轨运输结构送出的集成电路芯片的
电路方向并不确定。因此需要在视觉测试工位的下面装一个高速摄像头用来定位芯片电路的方向。通过对芯
片封装底部中央位置大面积裸露的有缺口的正方形焊盘运用模式匹配方法．获得当前在测电路的方向［３１。视
觉测试设置两个工作位安装ＣＣＤ检测器。分别检测２Ｄ和３Ｄ图像．２Ｄ检测是通过漫反射板对灯光的漫反射，
使得光线照射到芯片上，再由ＣＣＤ检测器捕捉棱镜反射的正面；３Ｄ检测是由ＣＣＤ检测器捕捉棱镜反射的
侧面和芯片底部的图像，采用棱镜模块可节约在芯片正面和侧面设置捕捉图像的检测器的硬件成本。
３１ Ｍａｒｋ视觉测试。芯片出厂前需要在上面标明产品的描述信息，如商标、型号、产地和追溯码等。不合
格的芯片会有印字不清晰、印字的字迹断裂等现象。同引脚检测一样，Ｍａｒｋ视觉测试系统主要由摄像机、照
明系统和专用图像处理软件组成。鉴于需要在静态下对整个芯片进行图像采集．因此选用ＣＣＤ为光感芯片
的摄像机．采用低角度侧面打光方式获取图像，对芯片表面印字进行检测，杜绝印字不清晰或字迹断裂。
２．４打标和编带机构
打标就是在芯片表面制作标志，如生产厂家、制造１３期、保质期等，
目前普遍采用的是激光打标技术．即利用激光的高能量作用于芯片表
面．使芯片表面瞬间气化．并按预定的轨迹刻写出具有一定深度的文
字、图案。本设备采用先进的振镜扫描式激光器，建立振镜基于Ｚ高度
的 —ｙ平面高速扫描运动的数学模型．利用开发的专用图形处理软件
实现快速、高精度的芯片图形打印。振镜扫描式激光器刻线工作原理如
图３所示。编带机构的设计影响着成品的快速收集，对此可采用模块化
设计及借鉴已经投入生产的编带机的经验
３控制系统设计
控制系统是分选机的核心所在．对分选芯片的速度和精度要求贯 图３振镜扫描式激光器原理图
第２期 苏建国，等：一种集成电路芯片测试分选机的设计
穿整个工作过程．这就需要控制器反应速度快、控制精度高，所以本研究采用了ＦＰＧＡ作为控制的核心部
件 ＦＰＧＡ作为专用集成电路（ＡＳＩＣ）领域中的一种半定制电路，具有低成本、高性能、开发周期短、可反复
编程等优点。图４为ＦＰＧＡ与分选机的信号的传递方式，ＦＰＧＡ与上位机通过数据总线互通数据，详见图
５ ＦＰＧＡ程序流程如图６所示。该分选机工作时，通过计算机控制各个部件动作：半导体器件从上料机构
进料，由柔性机械手吸取到上料位．旋转台转动，半导体器件依次被柔性机械手吸取或放置于每一个工作
位．在测试位检测．在旋转纠姿位旋转纠正姿态，在废料分
级位剔除次品、废品，在打标位进行激光打标，在可扩展位—
实现扩 功能． 后 格产品在下料位被吸嘴 置到下料编
带机构进行编带包装和计数。 圆振，吹气
测试开始＆终止信号
电 ｃ 光 分
墨 皿电 选 机 转
接 换 分选＆不合格＆结应掣 口 口 器
图４信号传递途径
控制信号
ＰＣＩ ＦＰＧＡ
地址 上位机 接口板
４结语
图５ ＦＰＧＡ和上位机通信
Ｎ
颗拾
Ｙ
定位
旋转定位
检测站Ａ
！—一
检测站Ｂ
！—一
检测站Ｃ
！—一
检测站Ｄ
良
品
Ｙ
】 —一
编带
￡—一
强制清空
图６ ＦＰＧＡ程序流程图
本文设计的分选机机构能够在一台机器上实现功能检测、激光打印、不良品排放、编带等多种功能
而且可以按需进行功能扩展。经过实际检验，此分选机可明显提高检测分选效率，填补了高效率的极小型
半导体器件测试分选机的市场空白，可以将其大规模用于极小型半导体器件的测试分选
参考文献：
［１］李秋跣，洪如欣．中国半导体产业发展态势分析【ＪＪ．中国青年科技，２００７（１６０）：５１—５８
［２】周圣军，郭顺生，缪来虎．表面贴装ＬＥＤ光电参数测试分选系统的研制『Ｊ］
仪表技术与传感器，２００８（８）：１０７—１０９．
［３］３ Ｌｉｍ Ｔ，Ｃｏｒｎｅｙ Ｊ，Ｒｉｔｃｈｉｅ Ｊ Ｍ，Ｃｌａｒｋ Ｄ Ｅ Ｒ．Ｏｐｔｉｍｉｚｉｎｇ ｔｏｏｌｓ ｓｅｌｅｃｔｉｏｎ［Ｊ］．Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ Ｒｅｓｅａｒｃｈ
２００１．３９
ｆ６１：７７－８３．
（责任编辑：王晓燕）
Ｔｈｅ Ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ Ｔｅｓｔｉｎｇ Ｓｏｒｔｅｒ Ｂａｓｅｄ ｏｎ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ Ｃｈｉｐ
ＳＵ Ｊｉａｎ—ｇｕｏ．ＨＵ Ｈａｎ—ｑｉｕ
（Ｎａｎｔｏｎｇ Ｈｕａｄａ Ｍｉｃｒｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｇｒｏｕｐ Ｃｏ．，ＬＴＤ．，Ｎａｎｔｏｎｇ ２２６００４．Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａ ｔｕｒｒｅｔ ｔｅｓｔｉｎｇ ｓｏｒｔｅｒ ｗａｓ ｄｅｓｉｇｎｅｄ ｆｏｒ ｔｅｓｔｉｎｇ，ｍａｒｋｉｎｇ
ｓｏｒｔｉｎｇ ａｎｄ ｂｒａｉｄｉｎｇ ｏｆ ｍｉｎｉ—ｓｅｍｉｅ０ｎｄｕｃｔｏｒ
ｄｅｖｉｃｅｓ．Ｔｈｉｓ ｓｏｒｔｅｒ ｅｎｊｏｙｅｄ ａ ｆａｓｔ ｈａｎｄｌｉｎｇ ｓｐｅｅｄ ａｎｄ ｈｉｇｈ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ ｉｎ ｔｅｓｔｉｎｇ ａｎｄ ｓｏｒｔｉｎｇ，ａｎｄ ｄｉｄ ｌｉｔｔｌｅ
ｄａｍａｇｅ ｔｏ ｔｈｅ ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ ｄｅｖｉｃｅｓ，ｗｈｉｃｈ ｍａｄｅ ｉｔ ｅｘｔｅｎｓｉｖｅｌｙ ａｐｐｌｉｃａｂｌｅ ｆｏｒ ｔｅｓｔｉｎｇ ａｎｄ ｓ０ｒｔｉｎｇ ｏｆ ｍｉｎｉ
ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ ｄｅｖｉｃｅｓ．
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ＣＣＤ； ＦＰＧＡ；ｔｈｅ ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｃｉｒｃｕｉｔ：ｔｅｓｔｉｎｇ ｓｏｒｔｅｒ