基于嵌入式硬件平臺的劃片機視覺系統(tǒng)設(shè)計

半導體后封裝工藝中關(guān)鍵設(shè)備劃片機是通過主軸高速旋轉(zhuǎn)、y向精密分度定位、x向?qū)к壐咚龠\動、θ向多角度旋轉(zhuǎn)實現(xiàn)對多個芯片圖形劃分加工的設(shè)備。可用于硅集成電路、SAW器件、Ga/As、鈮酸鋰、銻化鉍、厚膜電路、磷化銦等特種材料和脆硬材料晶片的劃切分片。

a鑒于在精密劃片機檢測系統(tǒng)的檢測速度和精度上的要求，需要分辨率較高的CCD攝像機對劃切圖像進行快速提取。PC-Based產(chǎn)品的硬件技術(shù)已經(jīng)實現(xiàn)，但PC結(jié)構(gòu)中仍存在諸多因素影響劃片機的實際使用，如硬盤可能出現(xiàn)的機械故障、風扇帶來的不穩(wěn)定因素、抗震性能指標，抗干擾指標等等，這些因素依然是制約IPC(PC工控機)應(yīng)用于半導體設(shè)備的問題之一。通過引入嵌入式硬件方案解決了這個難題，同時也大大降低了成本。

基于嵌入式硬件平臺的精密劃片機硬件部分采用主從式雙CPU結(jié)構(gòu)模式，主CPU為ARM處理器。精密劃片機控制主體由3個單元構(gòu)成：監(jiān)控管理單元、四軸運動控制單元和劃片機視覺單元。劃片機視覺單元是通過對圖像實時采集來監(jiān)測晶圓劃切過程;監(jiān)控管理單元主要功能是監(jiān)測設(shè)備運行、設(shè)置加工參數(shù)等;四軸運動控制單元是采用專用運動控制芯片，接收S3c2510傳遞的參數(shù)來直接控制電機完成運動控制。

視覺采集系統(tǒng)基于的PCI總線具備32Bit數(shù)據(jù)總線，時鐘頻率可達66 MHz，最快傳輸速率達到264 MB/s，能夠滿足劃片機視覺系統(tǒng)需要，設(shè)計的核心板擴展2個PCI插槽。嵌入式設(shè)備需編寫PCI設(shè)備的驅(qū)動程序?qū)F(xiàn)有的PCI設(shè)備應(yīng)用到嵌入式主板中。

劃片機的視覺采集系統(tǒng)由光學照明系統(tǒng)、CCD攝像器件、圖像處理軟件等部分構(gòu)成，視覺系統(tǒng)構(gòu)成見圖1。

2 硬件電路設(shè)計

根據(jù)PCI系統(tǒng)的總線拓撲結(jié)構(gòu)設(shè)計了劃片圖像采集系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)。其中的攝像頭，根據(jù)劃片機視覺的要求選用35萬像素的PCI接口的圖像采集模塊。

系統(tǒng)主處理器采用三星公司的S3C25lO，考慮到S3C2510內(nèi)置PCI控制器，擴展的2塊PCI接口可分別和四軸嵌入式運動控制芯片MCX314As和圖像采集模塊連接。系統(tǒng)框圖見圖2。

芯片為ARM 940T內(nèi)核，最高運行頻率可達200 MHz，芯片內(nèi)置的SDRAM控制器、PCI控制器、USB控制器和10M/100M以太網(wǎng)控制器等一系列接口控制器。滿足精密劃片機的實時控制要求，主板的外部時鐘源為10 MHz，通過S3C2510的4個內(nèi)置倍頻率器，設(shè)置引腳CLKMOD0、CLKMODl、CPU_ FREQl、BUS_ FREQ0為高;設(shè)置引腳CPUFREQ0、CPU_FREQ2、BUS_FREQl、BUS_ FREQ2為低，使系統(tǒng)內(nèi)核運行頻率為133MHz，PCI設(shè)備運行頻率為66 MHz，USB設(shè)備運行頻率為48 MHz。圖3是S3C2510的PCI插槽圖。

系統(tǒng)上電后，PCI插槽上圖像采集模塊將等待CCD攝像頭模擬信號的輸入，當圖像采集模塊得到模擬數(shù)據(jù)后便對模擬數(shù)據(jù)進行編碼，處理后的數(shù)據(jù)通過S3C2510內(nèi)部AHB總線傳輸?shù)絊DRAM，主控管理單元利用主板上嵌入式Linux系統(tǒng)中的視頻服務(wù)程序使用解碼播放器即可對晶圓監(jiān)測劃切。