论文研究-基于SECS_GEM的半导体封装测试自动化解决方案的设计与实现 .pdf

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基于SECS_GEM的半导体封装测试自动化解决方案的设计与实现,马继山,张志胜,半导体产业的前段生产由于其自身的工艺性要求,导致几乎所有的前段企业都不同程度的实现了自动化,而后段封装测试生产由于自身工
山国武技论文在线 http:/www.paper.edu.cn 75 表1 Recipe配方参数示例 Cure time Sccond Adapted clamp forced 100000 100000±50000 Newton Pel llet buffer temperature 20±5 Degree Celsius Pressl clampforce 280±50 Kilo newton Top chase temperature setpoint 175 175±5 Degree Celsius PP TRANSFERENDPRESSURE 7 7±0.5 Megapascals 方案设计 从总体架构来看,本文设计的自动化解决方案主要包括客广端了系统模块、服务端了系 统模块、系统接∏模块。其中客户端了系统部署在生产车间,通过 SECS/GEM通讯协议与 产线机台设备进行直接数据交互,包括获取设备生产参数和控制设备动作。而客户端子系统 则通过中间件MQ消息队列将数据同步到服务端子系统,服务端子系统则通过 Web service 与MFS(制造执行)系统和SPC(质量控制)系统进行生产对接,实现整个半导体后段工 序的自动化生产,方案总体框架佟如下图2所示 MQ消息队列 WebService 客户端了系统 服务端了系统 SPC系统 SECS/GEM Webservice 机台设条系统 MES系统 图2方案总体框架图 客户端子系统设计 客户端子系统部署在生产车间,通过企业局域网与机台设备直接连接并进行直接数据交 互,主要的功能模块包括设备管理、 Recipe管理、 Alert管理、EDC收集和日志査询等。客 户端子系统是整个自动化解决方案的执行部分,是连接上层MES系统与底层机台设备系统 的桥梁,客户端子系统的主要功能模块图如下图3所示。 户端子系统 设备管理 Recipe管理 FDC收集 日志查询 及备状态监视 Recipe上传 设备报警监控显小设备状态数据收集 设备远程控制 Recipe自动手动下载报警信息查看设备报警信息收集 MEPE权限验证特定报警停机处理设备日忐收集管理 Recipe开机检查 Recipe实时参数校捡 图3客户端功能模块图 山国武技论文在线 http:/www.paper.edu.cn 设备管理 设备管理模块包括设备状态监视和设备远程控制两个方面,首先对生产车冋所有的半导 95 体生产设备按照工序、站别、设备类型等进行统管坦,进“步实现对机台设各生产的过程 监视和过程控制,对生产过程的过程监视是为了防止设备在生产的过程出现异常,比如参数 异常和设备报警等,当监视到设备生产出现异常状况时,需要对设备进行及时有效的处理即 过程控制,防止由于设备出现异常状况而未得到及时有效的处理给整个半导体生产带来不可 什量的损失。 100 管理 Recipe管理主要包含 Recipe上传、 Recipe下载、 Recipe开机检査、 Recipe参数实时校 验、 Recipe卜载权限验证。 Recipe上传是通过SCES/GEM通讯接口将所有机台设备按照设 各类型进行 Recipe上传至FTP服务器进行统一管理,并将 Recipe配方文件解析成具体的参 数保伃至数据库,最后将上传的Rεcipe配方程序和相应的解析参数同步到服务端了系统中 105 进行升级审核; Recipe下载是将∫级后的配方程序下载到机台设备中进行生产使用, Recipe 下载有自动和手动两种形式,自动下载模式是OP向MES系统申请调换设备 Recipe配方程 序之后,MFS系统通过调用服务端提供的自动下载 Recipe的 WcbScrvicc接口,然后服务端 通过MQ消息队列请求客户端将相应的 Recipe配方下载到对应的机台设备中,于动下载模 式是为了应对突发情况的发牛,由负责牛产的工稈师在下载权限验证通过之后直接将 Recipe 110 配方下载到对应机台; Recipe开机检查和 Recipe参数灾时校验是在开杋前或者实时校验 Recipe配方参数是否在规定的范围之内,如果出现异常参数,则需要及时控制机台停止生产。 管理 Alet管理主要包括设备报警监控显示、报警信息查看和特定报警停机处理。客户端了 系统实时监视设备的生产过程,一旦设备发生异常报警,客户端就会将报警发生的时间、发 I15 生报警的设备、报警的类型等信息记录并保存到数据库,并提供给设备工程师查看分析。当 发生严重的设备报警时,还需要对设备进行停机处理。 收集 EDC收集主要是对机台的改备信息按照改备类型进行收集并冋步到服务端进行相应的生产 状况分析,并生成相应的报表,其中主要收集的信息包括机台设备的生产状态信息、设备报 警信息和日志记录信息等。 服务端子系统设计 服务端子系统主要包括 Recipe配方管理、EDC报表、 Alert管理和外部接口。其中 Recipe 管理是将客户端子系统同步过来的 Recipe配方程序进行审核升级,并将升级后的 Recipe配 方程序通过MQ再同步到客户端子系统供客户端子系统下载到机台设备生产使用。 Recipe 125 审核升级是将解析后的配方参数捉供给负责生产的工艺工程师,为∫达到一定的工艺要求, 工艺工程师会为軋方程序中重要的生产参数提供配方规格( Recipe spec),也就是设定参 数必须满足的上下限范围;EDC报衣是将客户端收集的设备信息生成相应的生产报表;Alet 管理是将客户端收集的设备报警信息以Web的形式展示出米;外部接口主要是实现当前服 务端子系统与其他系统的交互,比如MES系统和SPC系统等,服务端子系统的主要功能模 4 山国武技论文在线 http:/www.paper.edu.cn 130 块如下图4所示。 Recipe管理| Recipe查询Reip升级 Recipe审核 服+EDC报表|设备运行状态分析报表设备运行效率分析报表设备报警统计分析报表 务端子系 Alert管理 报警查 Repeat Alarm设置 外部接口MFS接口+SPC接口 图4服务端功能模块图 数据库模块设计 数据库模块的设计方面,由于客户端子系统需要安装在生产车间工控机上,故选择安装 135 和使用都比较方便的 Mysql数据厍,而服务端子系统需要与企业已有的MES系统与SPC系 统进行对接,为了使」企业对数据的统一管理,所以服务端子系统采用甲骨文公司推出的 Oracle数据库。其中 Recipe管理的配方程序和对应的配方程序参数数据分别存储」 AR RECIPE表和 AR RECIPE PARA表中,并通过 AR RECIPE表的主键⑩D进行关联,同 一条 Recipe所包含的配方参数具有相同的 Recipe row ID字段值,从机台设备系统收集的 140 Alert报警信息按照相应的机台设备编号存储于 AR ALARM RECORD表中,设备管理模块 中的工控机信息、设备信息、设备类型信息数据分别存储于 MD CLIENT INFO、 MD DEVICE INFO和 MD DEVICE TYPE表中,FDC收集的数据分别存储于其他对应的 表中,数据库模块主要的表结构以及相应的关系如下图5所示。 AR RECIPE AR RECIPE PARA R ALARM RECORD Device Code Recipe row ID Device ID Para code Device cod Device Type ID ara Name Device name Recipe Code Para Shot name Device Type Name Recipe Name Set value Device Iype Code Recipe desc Min valuc Device Type ID Max val Version No Create Date Alarm Code AlarIn N Create By Repeat FI MD CLIENT INFO MD DEVICE INFO MD DEVICE TYPE ID Client cude Client ID Manu_Name Client Name Device Tvpe ID Type Code Client Desc Client port T Client Ip Device por Create Date Create Datc Devicc code Create B Name Update Date Update Date Device ip Update Byte Update Bytde Remarks Remarks Remark Del Flas 145 图5数捱库表结构关系图 山国武技论文在线 http:/www.paper.edu.cn 通信模块设计 SECS/GEM是一种基于TCPP的通信协议,通过 Socket套接宇包装消息块实现主机与 半导体设备之间的数据通信。而 SECS/GEM包含的SECSⅡ协议则定义了主机与设备之间 消息交换的柊式与含义,在SECSⅡ协议中,传送的消息使用数据项(Item)和列表(List) 150 两种数据结构进行格式化,因此木文需要按照SECSⅡ的标准设计消息传送的报文格式,并 用 Items和 Lists包装消息垬,通过消息垬的方式进行主机与设备之间的通信。为了更加简 沽地衣示SECS的报文格式,本文采用应用比较广泛的树状语言SML进行报文格式的设 计,SML的设计实例如下图6所示。 51E3 =81f3statecheck ouTpUT W <L[3 <2[1]>=E工 ostat吕 <u2[>=PPExecName <U2[1>= Controlstate 155 图6SML报文格式设计 系统接口模块设计 系统接∏模块的设计主要包括客户端了系统与服务端了系统之间MQ消息队列模块设计和 服务端子系统与MES等系统之间进行数据父互的 Webservice模块。MQ消息队列是一种异 步处理模式,主要实现客户端与服务端之间的数据同步和消息传输。而 WebService是一种 160 同步处理机制,由服务端子系统提供给MFS系统供其调用,是MFS系统与机台设备系统 进行间接数据交互的中间件。 方案实现 客户端子系统实现 客户端子系统的界面设计是采用Java的 Swing布局框架,主要实现札台设备生产状态 165 的监视与控制, Recipe配方程序的上传、卜载、参数査看、开机参数检查和实时参数检查, Alert报警的收集、监视和处埋、机台设备状态信息的收集并同步至服务端了系统等,客户 端子系统的实现如下图7所示。 工拉号 500002 250-00c3 配500005 Po Went REpor AGG0741s539 自 TMGR10 16070AD B- 3 EvenT Log sees Log sevar comm Log U. tD D:A4JULUUU 10=1719:54:13】(:A2500=0001)工接机与设备网超撞正常妇重启距C连捆 17=10=1719:1101量A25000031) Not read次鼓圆划西 12-1-1195123】<设酱2509-0262工指机与设备绍连正常开始重后能连 12-19-1719;型120】<设蛋12500-c022甚 st tady次数超过次 a1-1-1:1;12】<浸蛋A20g-c0213工机句设备同绍过接正常,工蛋启压G连 01z-10-1719:3:10】《键备:42500-C0113HEh由次殿过次 012-14-1719:2:32】(键普:A500-0353开机=k通 281a-10-1:19:E2;2a《管音:A2500-0035B-面E-224-550270开智钉器工hck 1四1-191:18显t《备:20-》升门ecpe1则224-2}2a0签Chck 2017-10 129】《设备152500-035Re1pe名称为:8-MN0-2220-270,与政猴后H序一皇,对过 1017-10-1119:2!23】《雷12500=00)工视与设音网培选摘正常·干始重启Cs 017-10-1?151m2:20备:A2500-00351otea大欺咽通德实 图7客户端子系统的实现 山国武技论文在线 http:/www.paper.edu.cn 170 服务端子系统实现 服务端子系统采用B/S架构,将客户端同步的数据以web的形式展示出来。其中包括 机台设备的管理分炎、 Recipe配方的管理、报警管理、数据采集等模块。其中 Recipe配方 管理模块主要包含 Recipe査询、 Recipe审核、 Recipe升级等功能,数据采集模块是洊客户 端子系统同步过来的机台设备数据进行相应报表的生成,整个服务端子系统的实现如下图8 175 所示。 智能制造管理平台黑学的 工售通日w直周日 程想:坐 程率名 国要型本副号国号精草:m日理形准 0e上件 限信集 C4r000001轴!1器 227]空1 图8服务端子系统的实现 生产测试实现 到目前为止,本文所设计的自动化解决方案已经在国内某半导体后段个业生产使用,包 180 括半导体后段的磨片( Back grinding)、划片( Wafer Sawing)、塑封(Mold)等多个工序, 部分工序的上线设备统计如下表2所示。 表2已上线设备统计 工序站别 机台型号 机台/商 上线设备数量 DR 300OIII NITTO Back grinding PG300 TSK 133 Back grinding DFGP8761 DISCO Back grinding DFG8540 DISCO Wafer Sawing DFD6340 DISCO Wafer Sawing DED6341 DISCO 8 Wafer Sawing A-WD-300TX TSK Laser re-ink HM2128 FFWM HYLAX 结论 185 针对半导体后段封装测试行业的工序复杂性和设备多样性等特点,本文提出了一种基于 SECS/GEM通讯协议的半导体自动化解决方案。通过实际的上线、测试、运行发现,本文 所提出的自动化解决方案能够应对复杂多变的半导体后段生产环境,不同程度的提晑了半导 体后段封装测试行业的自动化程度,具有非常广阔的应用前景。 190 7 山国武技论文在线 http:/www.paper.edu.cn 参考文献 [门翁寿松.摩尔定律与半导体设备[J.电子工业专用设备,2002,31(4:196-199 [2]周雅萍.半导体加工工艺和半导体制程设备[世界产品与技术,1996(7):25-26 195 3梁静,钱省半导体晶圆锱造中的设备效率和设备能力半导体技术,2004.299):35-38 [4] Michaud G H, Burda R Paths to assembly automation: Different data for different objectives(vol 42, pg 73 19990]. 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