一种基于视觉的全自动晶圆划片机控制系统

摘要

本发明涉及一种基于视觉的全自动晶圆划片机控制系统，其与机床设备、激光器和显微相机配合，硬件包括计算机、运动控制卡和显示器，计算机分别与控制卡、显示器、激光器和显微相机连接，控制卡分别通过各轴运动平台和旋转装置对应的驱动器连接各个电机，XY轴运动平台和直驱电机上分别设有光栅传感器，光栅传感器通过编码器连接至计算机；计算机采用Windows系统基于VC++进行模块化设计，其包括数据处理模块、运动控制模块、控制系统初始化模块、视觉检测定位模块、显示界面模块和激光切割控制模块；采用以上技术方案，实现整个控制系统软硬件配合的稳定运行，与机床设备有机的结合一体，自动化控制程度高，划片效率较以往的划片系统提高了20%左右。

主权项

一种基于视觉的全自动晶圆划片机控制系统，其分别与机床设备平台、激光器、工业显微相机连接，所述的机床设备平台包括机床底座，所述机床底座上方设有XY轴运动平台，XY轴运动平台上设有直驱电机，直驱电机上方设有吸附装置，晶圆固定在吸附装置上；所述的XY轴运动平台的上方还设有Z轴运动平台，所述的激光器和工业显微相机分别固定在Z轴运动平台上；各轴运动平台均由对应的电机带动；其特征在于：所述的控制系统的装置包括计算机、运动控制卡和显示器，所述的计算机分别与运动控制卡、显示器、激光器和工业显微相机连接，所述的运动控制卡分别通过驱动器连接至各个电机；所述的XY轴运动平台和直驱电机上分别设有光栅传感器，所述的光栅传感器通过编码器连接至计算机；所述的计算机还包括以下模块：数据处理模块，其通过建立Access数据库，并基于ADO方式访问Access数据库的进行参数之间的数据交互处理；所述的Access数据库包括晶圆工艺参数、激光器参数、工业显微相机参数和设备运行参数，所述的晶圆工艺参数包括晶圆直径、晶格大小、晶圆间距；所述的激光器参数包括激光束的直径、激光的扫描速度、激光的功率；所述的工业显微相机参数包括相机的颜色、亮度、分辨率、帧速和灵敏度；所述的设备运行参数包括各个电机的脉冲当量、转动速度及加速度的参数、XY坐标轴运动平台的运动起点坐标及终点坐标、晶圆定位在XY轴机床坐标系中的坐标点、晶圆模板待加工区域的起始点坐标及终点坐标；运动控制模块，其通过提取Access数据库的设备运行参数并通过数据处理模块的处理传输至运动控制卡，同时基于运动控制卡函数库控制XY轴运动平台的电机的进行复位、回零、暂停、急停、点动、角度校正和晶圆自动划片运动的动作；同时控制Z轴运动平台的电机和直驱电机的进行复位、回零、调节运动和停止的动作；控制系统初始化模块，其包括变量初始化、XY轴机床坐标系确定、工业显微相机和激光器的参数初始化；所述的变量初始化包括设备运行参数和运动控制卡函数库的初始化；通过运动控制模块对XY轴运动平台的电机归为零位点，并将归为零位点的X轴向、Y轴向运动平台交点确定为机床坐标系原点，并建立XY轴机床坐标系；视觉检测定位模块，其通过控制工业显微相机执行打开或关闭动作，并结合运动控制模块调节Z轴运动平台上下运动，起到调节工业显微相机和激光器与晶圆之间的距离以便进行焦距调节；由镜头对准晶圆进行图像采集，将采集的图像传输至视觉检测定位模块依次进行灰度化、二值化、平滑边缘检测的处理；视觉检测定位模块基于OpenCV视觉库通过Hough变换测量晶圆的中心位置，确定晶圆形状特征以及特征直线；视觉检测定位模块通过Hough变换确定的特征直线与X轴向运动平台、Y轴向运动平台的方向形成的夹角与模板进行比对，计算调整夹角至与晶圆模板匹配的设备运行参数，通过运动控制卡调节直驱电机转动吸附装置上的晶圆在XY轴机床坐标系的位置，并再次通过工业显微相机采集，将采集定位后的晶圆图像传输至视觉检测定位模块，由数据处理模块提取对应的晶圆工艺参数进行处理后，并对晶圆表面切道的规划位置进行线性划分；激光切割控制模块，其负责对激光器执行打开或关系动作；并将预加工的激光器参数设置进激光切割控制模块中，激光切割控制模块通过提取Access数据库中对应的激光器参数和设备运行参数对激光器的位置和参数进行调节；运动控制模块根据晶圆表面切道的规划位置数据发送设备运行参数至运动控制卡，通过运动控制卡控制XY轴运动平台带动晶圆由激光器的激光束进行切割动作；显示界面模块，其通过显示器负责对包括设备运行参数、工业显微相机参数、激光器参数、晶圆图像、参数设置操作界面、工具栏、各轴运动平台在XY轴机床坐标系中的设定的规划位置和对应各个电机的运动速度、加速度、以及通过光栅传感器反馈的各轴运动平台在XY轴机床坐标系中的实际位置和对应各个电机的实际速度、实际加速度的状态信息显示。