半导体封装测试设备自动化系统的设计与实现

半导体封装测试设备自动化 系统 的设计与实现 I 半导体封装测试设备自动化系统 的设计与实现 摘 要 半导体封装测试行业已经进入了一个快速发展的时期，随着工艺技术地不断完善，现已步入 19 纳米时代，而行业中的摩尔定律预示着 ： 当价格不变时，集成电路上可容纳的晶体管数目，约每隔 18 个月便会增加一倍，性能也将提升一倍，所以如何利用自动化技术和管理思想并有效地运用于车间管理，从而提高企业竞争力，是制造型企业目前所面临的紧迫任务。 制造执行系统 （ 是现代 /计算机集成制造（ 中介于上层企业资源计划 （ 和底层的设备自动化程序 （ 之间面向工厂车间管理的系统。本论文从车间管理中所存在的问题出发，设计与实现 设备自动化 系统 （ 的若干关键技术，具体内容如下 ： 1) 针对工 厂车间没有底层工业控制系统而导致的管理缺陷，设计并实现了 上层 底层设备之间的相互通讯，从而解决了 设备之间无实时通讯的缺陷； 2) 针对工厂车间对配方 （ 可称程序 ） 手动管理的缺陷，设计并实现了配方管理系统 （ ，从而使生产中的每个批次 （ 经过 统检验，只有符合规格的 能被作业； 3) 针对设备报警 （ 发生后很难及时管控的缺陷，设计并实现了报警管理系统来侦测 旦某一设定的 反规则，该 设备就会被立即停机，以防止后续 生质量问题。 半导体封装测试不可或缺的基于生产 的 设备 自动化系统，针对目前设备之间的“脱节”，使得工厂精益生产受到限制，阻碍了实现全厂自动化的脚步。 针对目前工厂所存在的问题，本文 通过解析 封装测试设备的特性，实现了设备自动化， 从而 提高了制造部操作工的效率，减 少了操作工犯错的概率，防止了由于工艺参数偏差而导致的废品或次品。 随 着封装测试工厂对自动化程度的要求越来越高，研究 有非常重要 半导体封装测试设备自动化 系统 的设计与实现 意义 ， 因为目前很少有封装测试工厂投资建设设备自动化，所 以市面上的文章及实践经验少之又少 ， 本论文想通过对 统的设计 与实现，详细阐述要做设备自动化所需要了解的知识和主要的研究内容。 论文的 研究思路是通过对现有 统的分析和线上操作工、设备工程师和工艺工程师等对现有生产过 程中所出现的问题和提出的新要求来进行设备自动化系统 的设计与实现 。 通过系统实现设备操作的优化，质量的管控和效率的提升。论文的研究结合工厂（ 际生产情况，与 封装测试行业实现设备自动化具有非常重要的借鉴作用。 关键词 ： 设备 自动化系统 ，配方管理，报警管理，制造执行系统 半导体封装测试设备自动化 系统 的设计与实现 F N he a of 9 s of on an 8 be be so to in in to of is an by is a . It is In in of MS as 1) of of AP to ES so as to no ES 2) of of , so of ot be in be is of or be MS 3) of to of to 半导体封装测试设备自动化 系统 的设计与实现 IV if be to MS is as a） in/ES b） c） of in MS is of is a is of of s in MS of of MS is of on of MS in by ES in by is on of to ES It to 半导体封装测试设备自动化 系统 的设计与实现 V 目 录 1 绪 论 . 1 文研究背景 . 1 导体封装测试行业 . 1 导体封装测试行业的设备自动化 . 1 装测试 统现状 . 2 装测试 术现状 . 2 装测试 展趋势 . 3 装测试 前所存在的问题 . 3 题的提出 . 4 文主要工作和意义 . 4 文研究思路及主要内容 . 4 文研究意义 . 5 文结构安排 . 5 章小结 . 5 2 封装测试工艺及 统概述 . 7 装测试工艺 . 7 线工艺（ f . 8 线工艺（ f . 8 试工艺（ . 9 息技术 /计算机集成制造系统概述 . 9 T/统在 应用 . 9 T/统在 区别 . 10 章小结 . 11 3 设备自动化相关的 讯标准 . 12 讯标准框架 . 12 半导体封装测试设备自动化 系统 的设计与实现 讯标准 . 12 . 12 换码 . 13 （ 定义 . 14 种不同的 超 时（ . 15 . 15 介 . 16 据格式 . 16 义 . 16 控制消息的定义 . 16 数据消息的定义 . 19 介 . 21 息格式分析 . 23 . 24 述 . 24 准 . 26 章小结 . 28 4 统及模块设 计 . 29 统需求分析 . 29 造部对 需求 . 29 备部对 需求 . 31 艺部对 需求 . 33 3 自动化开发平台 . 36 统设计 . 36 统模块设计 . 37 大模块间的通讯方式 . 39 块 设计 . 40 块设计 . 41 3 块设计 . 42 半导体封装测试设备自动化 系统 的设计与实现 块设计 . 42 章小结 . 43 5 统实现 . 44 备 模型在 的实现 . 44 义和建立 工艺类型（ . 44 义和建立 设备模板（ . 48 切换 功能实现 . 52 能的实现 . 52 备切到 能的过程及实现 . 54 大主要模块的实现 . 56 块的实现 . 56 块的实现 . 61 3 块的实现 . 63 块的实现 . 64 动化系统的三大关键功能实现 . 67 统中自动转账的实现 . 67 序参数管控的实现 . 69 管控和停止作业的实现 . 71 章小结 . 72 6 统测试 . 73 备特征测试 . 73 征测试概述 . 73 试的一般步骤 . 73 境测试 . 75 境的测试资料准备 . 75 试的一般步骤 . 75 统三大关 键功能测试 . 78 动转账测试 . 78 序参数管控测试 . 79 半导体封装测试设备自动化 系统 的设计与实现 重复报警测试 . 80 线整合测试 . 81 统测试总结 . 81 线（ . 82 章小结 . 82 7 结束语 . 83 要工作与创新点 . 83 续研究工作 . 84 缩写词 . 85 参考文献 . 87 致 谢 . 89 攻读学位期间发表的学术论文 . 90 半导体封装测试设备自动化 系统 的设计与实现 1 1 绪 论 文 研究背景 本节将要 阐述 的是 半导体封装测试行业的概况 ，着重解释了半导体封装测试行业中设备自动化的现状 及 它的复杂度。 导体封装测试行业 如今半导体封装测试行业正面临着越来越严峻地考验，遵循摩尔定律的工艺技术已经达到 19 纳米，而下一代的晶圆直径正朝着 450 毫米 （ 18 英寸 ） 发展。半导体产业链中位于上游的集成电路 （ 设计，中游的晶圆制造 （ 下游的封装测试 （ ，其中封装测试属于劳动密集型产业。它们各自的特点分别是 ： 芯片设计技术投入大，壁垒高；晶圆制造资金投入大，难切入；封装测试行业是最适合中国发展的半导体产业 1。 导体封装测试行业的设备自动化 封装测试行业狭义的设备自动化是指不同的设备供应商，并且它们的工艺步序（ 可称工艺站别 ） 是相邻的，为了便于提高生产效率，减 少生产周期时间 （ , 设备供应商之间往往会把两台或多台设备互联起来，称之为互连 （ 设备，这样可以减少物料的搬运，提高了生产效率。 广义的设备自动化是指任何设备 （ 尽可能的与主机 （ 相连，主机从上层 统获得数据并发送命令 （ 可称指令 ） 给设备，而设备的操作信息和数据通过主机上传到 样就有效并及时地控制了设备的出错，提高了生产效率和产品质量 2。 相比于晶圆制造厂而言，封装测试厂的自动化程度还比较低， 我认为主要有三个方面的原因 ： 1) 设 备 没 有 采 用 半 导 体 统 一 通 讯 接 口 备通讯标准 /备 半导体封装测试设备自动化 系统 的设计与实现 2 通用模型 ） ，导致不同设备供应商与各个制造企业之间有着各自客制化的通讯约定，有的用文件共享传输方式，有的用 件传输协议 ） 方式传输，有的用网络编程接口 （ 通讯等等。一般比较先进的半导体封装测试企业只有约 40%左右的设备 有 口。 2) 制造过程中的加工载体较多，如前端开口片盒 （ ，框架输送盒 （ , 弹夹 （ , 基板 （ , 托盘 （ 等，自动化的复杂度要求较高。 3) 使用自动化系统的成本较高。从设备供应商角度出发，如需提供 口要么花费大量人力来开发 讯驱动程序，要么购买行业内比较成熟的产品，按许可证 （ 收费，这也是导致设备供应商不愿意花财力和人力去做讯接口的主要原因；从制造企业来说，实施一套设备自动化系统更是一项庞大的工程，项目费用也很高。 装测试 统现状 本节 将要阐述的是 封装测试中 统的现状和未来的发展趋势，着重解释了目前 面临的种种问题，为下节课题的提出做 铺垫。 装测试 术现状 封装测试行业由于设备种类繁多，设备的数量两级化比较严重，有的设备只有 1至 2 台，而有的设备有 100 至 400 台；产品的载体 （ 较多，有放 25 片 12英寸晶圆的 放贴 放 放 单颗产品 ） 的 等等。系统集成度相对于晶圆厂单一的说要更复杂。就目前所了解的封装测试 态，按等级可以分成以下五类 ： 1) 自动化等级一级，工厂中 有单独的 门，应用程序的 开发与维护有应用程序工程师来担当，有 统，统计过程控制 （ 系统，报表系统，七七八八 （ 的应用程序，但没有其他主要的子系统，操作工主要以手动和手工作业为 主。 2) 自动化等级二级，工厂中有单独的 门， 程师主要负责 关的系统， 程师则是除了 外所有与工厂车间相关的系统。除了一级中的系统之外，还会有 圆映射 （ 系统，离散的应用系统 等 。 半导体封装测试设备自动化 系统 的设计与实现 3 3) 自动化等级三级，除二级之外还有良率管理系统 （ ，设备集成控制 （ 。该等级可以近似于 6 英寸晶圆厂的自动化程度。 4) 自动化等级四级，除 三级以外还有 品数据管理 （ ，质量管理系统 （ ，产品生命周期管理 （ ，该等级可以近似于 8 英寸晶圆厂的自动化程度。 5) 自动化等级五级，除四级之外了还有基板映射系统 （ ，柔性制造系统 （ ，机器人 （ ，无线射频识别 （ ，自动物料搬送系统（ ，该等级可以近似于 12 英寸晶圆厂的自动化程度。 上面等级中，级数越大，自动化程度就越高。目前大部分封装测试企业处于二级和三级之间，我公司正在实现自动化程度四级的目标，其中 是本论文所要设计与实现的内容。目前很少或者根本没有哪家公司能完全达到自动化等级五级 （ 即全厂自动化 ） 。 装测试 展趋势 随着工艺复杂程度地不断提 高，客户对产品的要求也变得越来越高，所以未来的趋势是 ： 封装测试企业会更多地考虑并引入设备自动化系统 ，来提升企业的自动化程度，这样有效地缩短了产品生产周期，减少了人为失误，提高了产品生产效率等。 装测试 前所存在的问题 由于没有引入 动化的概念，目前封装测试 存在着诸多不足，主要有如下几个方面 ： 1) 料和在 账不同步，即帐料不符，这是在制造行业中最“忌讳”的事情，当一个 经在某台设备上做完之后，该 在等待转入 （ 状态，导致 的 帐和实际 匹配，这样容易造成 乱 （ 即混料 ） 和管理上的缺陷。 2) 加工过程中 手工管控的，这样极易选错 数不符合工艺工程师制定的规格，导致把 坏掉。当操作工在某个站别 （ 上的设备做料时，会手动比对流程卡上的 机器上 否一致，而 半导体封装测试设备自动化 系统 的设计与实现 4 对 的各项参数不会逐一进行检查。 3) 设备的报警没有管控，倘若针对某一个重要的报警来做一些特殊处理，目前还没有一个系统在管控。 题的提出 半导体封装测试不可或缺的基于生产 的 自动化 系统，针对目前 节”，使得工厂精益生产受到限制，阻碍了实现全厂自动化的脚步 3。 针对目前工厂所存在的问题，本文针对封装测试设备的特性，实现了设备自动化，提高了制造部操作工的效率，减少了操作工犯错的概率，防止了由于工艺参数偏差而导致的废品或次品。 文主要工作和意义 文研究思路及主要内容 本论文研究思路是通过对现有 统的分析 4和线上操作工、设备工程师和工艺工程师 等对现有生产过程中所出现的问题和提出的新要求来进行设备自动化系统 的设计与实现。通过系统实现设备操作的优化，质量的管 控和效率的提升，其主要内容如下 ： 1) 实现 统中自动转账 原先操作工在作业时需要先做料，然后在 统中进行转账，一直存在着帐料不符的情况。 过检测 设备中作业的开始和结束信号，通过 用程序编程接口 （ 来对这个 行自动转入 （ 和转出 （ 的功能，无须人工干预。 2) 实现 名称及参数管控 原先操作工在作业前会手动检查流程卡的 否和设备上 当前的 难以分辨 成百上千的参数是否符合工艺工程师所指定的规格（ 。 过上传待作业 所有参数至统，根据工艺工程师预先定义的 进行比较，如果不符合，就会通知操作工找工艺工程师来解决。保证所有的 进行过 比对，从而确保产品的质量。 3) 实现重复报警 （ 的管控和停止