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Bei unserem Projekt „Tape and Reel“ handelt es sich um die Automatisierung eines Messgerätes der Firma Infineon Technologies Austria AG. Gemeinsam mit dem Auftraggeber arbeiten wir an diesem Projekt. Seitens der Firma wird die Software für das Profilometer erstellt. Unsere Aufgabe ist es, den Transport der zu messenden Chips, welche auf einem Reel aufgewickelt sind, zu realisieren. Eine geeignete Steuereinheit ist zu entwickeln, welche Kommandos vom übergeordneten System empfängt und den Transport der Chips steuert. Dazu werden ein Mikrocontrollersystem und geeignete Motoren ausgewählt. Über eine grafische Benutzer-Oberfläche können die Grundeinstellungen festgelegt werden. Da die Messung im Reinraum stattfindet, sind zusätzlich noch bestimmte Auflagen bei der Auswahl der Hardware zu beachten.
Abstract
Our diploma thesis “Tape and Reel” handles about the automating of the profilometer which is a measuring instrument in the Infineon’s cleanroom. The software for the measurement is done by our partner and our job is to fulfill the transport of the chips measured. The chips are on a reel and have to move to the microscope. A control unit has to be realized and has to get command from another system to regulate the chip movement. Therefore a microcontroller system and motors are needed. Settings are made in a graphical user interface.
As the measurement is in the cleanroom there are several rules for hardware which have to be followed.
MEET THE TEAM
Patrick Kosche
Johanna Krall
Positionierungs-Stepper
Gehäuse
Website
Reel-Ansteuerung
Zeitmanagement
Marcel Kreuzberg
Betreuer Infineon
Johann Schwarzl
HTL Betreuer
Christoph Domes
Betreuer Infineon
DETAILS
Ein Profilometer ist ein Mikroskop, welches die Imprinttiefen auf einem Chip messen kann (µm-Bereich). Jeder Chip wird zuerst elektronisch gemessen. Bei dieser Messung senden feine Nadeln Ströme durch die Elektronik. Da das Innere des Chips bei dieser Messung beschädigt werden könnte, dürfen die Nadeln nur einen Abdruck einer bestimmten Tiefe hinterlassen. Um solche Ausfälle zu vermeiden, werden diese Abdrücke mit dem Profilometer „fotografiert“ und dann mittels Software ausgewertet.
Derzeit werden die Chips händisch am Profilometer weiterbewegt. Dies benötigt viel Zeit und auch Personal, welches durch die Automatisierung eingespart werden kann.
Verwendete Materialien:
Arduino Mega 2560
Infineon DC Motor Control Shield
Arduino Motorshield Rev3
Die diversen Shields werden verwendet um die Motorsteuerung zu realisieren. Als zentrale Steuereinheit verwenden wir das Arduino Mega 2560.
Erster Entwurf vor Projektstart:
Positionierung
Für die Positionierung der Microchips wird ein leistungsstarker Bipolar-Schrittmotor verwendet. Um die hohen Ströme, möglichst ohne Verlustwärme, für den Motor bereitstellen zu können werden zwei Infineon Motor Control Shields verwenden. Auf jedem Shield befindet sich eine H-Brücke an die jeweils eine Spule des Schrittmotors angeschlossen ist. Die Fortbewegung des Tapes erfolgt mit einem sog. Igelrad(siehe Bild unten). Die zentrale Steuereinheit des Systems kommuniziert mit einem PC, das Arduino empfängt die zu fahrende Schrittweite, die Drehrichtung und einen von zwei möglichen Modi. Ein Mode ist für die Positionierung der Chips entworfen worden, dieser fährt langsamer, mit konstanter Geschwindigkeit mit erhöhter Präzision, der andere Mode fährt schneller und mit langsam steigender Beschleunigung auf die maximal Geschwindigkeit und bremst gleichmäßig wieder ab bis das Ziel erreicht wird.
Auf diesen Fotos erkennt man die Schiene, über dass das Tape transportiert wird, die Schaltung mit den zwei Infineon Motor Control Shields und dem Arduino Mega, dass sog. Igelrad und das geplante Gehäuse.
Für die Infineon Motor Control Shields wurden selbst entworfene Halterungen zur Befestigung an das Gehäuse und für die Kühlung entworfen und mit dem 3D-Drucker "ausgedruckt".
Reel-Ansteuerung
Die Reels werden mit Arduinos und Motorshields angesteuert. Dazu werden Schrittmotoren verwendet. Obwohl die Ansteuerung mit DC-Motoren einfacher wäre, können wir diese aufgrund der Anforderungen, die die Reinraumvorschrift verlangt, nicht verwenden.
Die Arduinos empfangen über drei Steuerleitungen ein Signal von der Hauptsteuerung, um den Betrieb des Auf-/Abwickeln des Tapes zu gewährleisten. Unteranderem wird dadurch die Richtung und die Geschwindigkeit der Tapebewegung festgelegt.
Mit einem induktiven Sensor wird die Schrittgeschwindigkeit der Schrittmotoren berechnet. Der Motor wird mit einem MOSFET ein- und ausgeschalten. Das ganze System benötigt eine Spannungsversorgung von 12V.
Aufbau einer Seite der Reel-Ansteuerung.
Schaltplan der kleine Zusatzplatine.
Platine mit Arduino in einem provisorischen Gehäuse.
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Mössingerstraße 25, 9020 Klagenfurt, Austria
