胡教授手里拿着一块测试用的芯片走了过来。
芯片封装在陶瓷基板上,表面镀金的焊盘排列整齐,像一排微缩的金色跑道。
“小吕,再试一次!”他把芯片放在载物台上,用真空吸笔固定好。
吕辰点了点头,走到操作台前,按下“复位”按钮。
运动平台发出低沉的嗡嗡声,回到原点位置。
光栅尺的读数在午马机的显示器上跳动,最后停在(0,0,0)。
胡教授在编程机上插了一张二维卡,读卡机“咔嗒”一声吞了进去。
午马机的屏幕上,一行一行的参数跳出来,焊点数24,超声功率100毫瓦,焊接时间20毫秒,压力40克。
他按下“启动”键。
运动平台开始移动,载着芯片滑到显微镜下方。
光栅尺实时反馈位置,粗定位平台在几十毫秒内将芯片送到视野中央,精度±5微米。
摄像头开始工作。
环形光源亮起来,白光从四周打在芯片表面,焊盘的图像在午马机的显示器上实时显示,金色的方形焊盘,边缘清晰,排成两列,每列12个。
图像预处理芯片开始处理数据。
中值滤波去除噪声,对比度增强让焊盘和背景的界限更分明,自适应二值化把灰度图像变成黑白二值图像,焊盘是白的,背景是黑的。
特征提取芯片接踵而至。
它扫描每一行像素,用游程编码找出连续的白像素段,再用连通域标记算法把属于同一个焊盘的游程归并起来,最后计算每个焊盘的质心坐标。
位置偏差计算芯片做减法,实测质心坐标减去理想坐标,得到Δx和ΔY。
微动台动了起来,压电陶瓷在驱动电压的作用下伸长,以纳米级的步长移动,补偿偏差。
整个过程行云流水,总对准时间不到50毫秒。
键合头下降。
陶瓷劈刀压住金丝,超声换能器开始振动,每秒几万次的振动通过劈刀传递到金丝和焊盘的接触面上,摩擦生热,原子在压力和振动的共同作用下互相扩散,形成牢固的冶金结合。
20毫秒后,键合头抬起,金丝被拉断,在焊盘上留下一个圆形的焊点。
运动平台移动到下一个焊点。
重复,再重复。
吕辰盯着午马机的显示器,屏幕上,每一个焊点的图像实时显示,旁边跳出一个绿色的“oK”或者红色的“NG”。
焊点质量检测模块,基于微波反射原理,通过分析焊点对微波的反射特性判断焊接是否可靠,在每一个焊点完成后立即给出判定。
第1个焊点:oK。
第2个焊点:oK。
第3个焊点:oK。
……
一直到第24个焊点,全部是绿色。
胡教授把那颗芯片从载物台上取下来,放在显微镜下看了看。
焊点圆润、光亮,直径均匀,边缘整齐,没有拉尖,没有偏移。
他抬起头,嘴角带着一丝压不住的笑意。
“这颗,焊得漂亮。”
但所有人都知道,这只是手动模式下的单颗验证。
全自动连续运行,还差得远。
全自动上料机构还没集成,芯片和引线框架全靠人工放置在载物台上。
送线机构偶尔卡丝,金丝从线轴上拉出来的时候,张力波动大,有时候松了,有时候紧了,线弧控制不稳定,焊点的形状忽大忽小。
陶瓷劈刀的磨损问题更让人头疼,连续焊几百个点之后,尖端出现微裂纹,焊点质量开始往下掉。
速度也是瓶颈。
单点焊接周期,从移动到对准到焊接大约0.5到1秒。
离目标“每秒焊10个点”,还有十倍的距离。
运动平台的加减速不够快,粗定位和精定位之间的衔接有延迟,图像处理虽然硬件化了,但数据的传输和同步还有优化空间。
陈光远走进来的时候,吕辰正蹲在控制柜后面,手里拿着示波器探头,勾着背板总线上的信号线。
“怎么样?”陈光远弯下腰,看了一眼示波器屏幕上的波形。
“时序基本收住了。”吕辰用探头指着一个脉冲,“这是特征提取芯片的‘完成’信号,这是运动控制芯片的‘启动’信号。现在的延迟是15微秒,设计值是10微秒。差一点,但能用。”
“差在哪里?”
吕辰直起腰,把示波器探头放回支架上。
“数据缓冲队列管理芯片的读写冲突。两个芯片同时访问同一块内存区域的时候,仲裁逻辑要等一个周期。改版图可以解决,但那是下一版的事了。”
陈光远点点头,站直身子,看了一眼那台墨绿色的机器。
机器正在待机状态,键合头停在原点位置,运动