基于嵌入式硬件平臺的劃片機視覺系統設計

半導體后封裝工藝中關鍵設備劃片機是通過主軸高速旋轉、y向精密分度定位、x向導軌高速運動、θ向多角度旋轉實現對多個芯片圖形劃分加工的設備?？捎糜诠杓呻娐贰AW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產品的硬件技術已經實現，但PC結構中仍存在諸多因素影響劃片機的實際使用，如硬盤可能出現的機械故障、風扇帶來的不穩定因素、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)應用于半導體設備的問題之一。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結構模式，主CPU為ARM處理器。精密劃片機控制主體由3個單元構成：監控管理單元、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測晶圓劃切過程;監控管理單元主要功能是監測設備運行、設置加工參數等;四軸運動控制單元是采用專用運動控制芯片，接收S3c2510傳遞的參數來直接控制電機完成運動控制。

視覺采集系統基于的PCI總線具備32Bit數據總線，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需要，設計的核心板擴展2個PCI插槽。嵌入式設備需編寫PCI設備的驅動程序將現有的PCI設備應用到嵌入式主板中。

劃片機的視覺采集系統由光學照明系統、CCD攝像器件、圖像處理軟件等部分構成，視覺系統構成見圖1。

2 硬件電路設計

根據PCI系統的總線拓撲結構設計了劃片圖像采集系統的硬件結構。其中的攝像頭，根據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。

系統主處理器采用三星公司的S3C25lO，考慮到S3C2510內置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。系統框圖見圖2。

芯片為ARM 940T內核，最高運行頻率可達200 MHz，芯片內置的SDRAM控制器、PCI控制器、USB控制器和10M/100M以太網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個內置倍頻率器，設置引腳CLKMOD0、CLKMODl、CPU_ FREQl、BUS_ FREQ0為高;設置引腳CPUFREQ0、CPU_FREQ2、BUS_FREQl、BUS_ FREQ2為低，使系統內核運行頻率為133MHz，PCI設備運行頻率為66 MHz，USB設備運行頻率為48 MHz。圖3是S3C2510的PCI插槽圖。

系統上電后，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據后便對模擬數據進行編碼，處理后的數據通過S3C2510內部AHB總線傳輸到SDRAM，主控管理單元利用主板上嵌入式Linux系統中的視頻服務程序使用解碼播放器即可對晶圓監測劃切。