대유행 중 원격 레이저 결함 주입 | 원장

플라톤에 의해 재발행

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이 짧은 게시물은 실험을 원격으로 실행할 수 있도록 만든 몇 가지 레이저 스테이션 개선 사항에 대해 설명합니다.

설정 문제

당사의 레이저 결함 주입 플랫폼은 레이저 소스를 테스트 대상 장치에 집중시키는 데 사용되는 현미경으로 구성됩니다. 대상 칩의 내부 아키텍처를 관찰하고 레이저 빔 모양을 조정하는 적외선 카메라가 장착되어 있습니다. 다행스럽게도 맞춤형 소프트웨어 애플리케이션에서 레이저 빔을 칩 전체로 이동할 수 있는 전동식 스테이지가 장착되어 있습니다. 우리가 개발한 모든 도구는 Linux 운영 체제에서 실행되므로 인터넷 연결이 양호하다면 SSH 연결을 통해 사용할 수 있습니다. 우리는 현미경 카메라 라이브 이미지를 다루는 몇 가지 대기 시간 문제에 직면했는데 SSH 압축 옵션을 켜서 신속하게 해결했습니다(-C) 기본적으로 활성화되어 있지 않으며 필요한 스트리밍 대역폭을 크게 줄입니다. 그럼에도 불구하고 당시 일부 요소는 여전히 현장 개입이 필요했습니다.

카메라 광원 제어: 전용 장비는 카메라 시각화를 위해 칩을 비추는 적외선을 제공합니다.
기계식 카메라 셔터 열기 또는 닫기: 이 셔터는 현미경의 일부이며 레이저를 사용할 때는 닫아야 합니다.
현미경 대물렌즈 변경: 4개의 다른 광학 대물렌즈가 기계식 회전 터릿에 장착되어 다양한 현미경 배율을 허용합니다.

아래는 셔터와 광원을 원격으로 제어하기 위해 테스트 벤치를 사용자 정의한 방법에 대해 자세히 설명합니다. 특히 우리는 이러한 조정 비용을 제한하고 가능한 한 빨리 사용할 수 있도록 하고 싶었습니다.

광원 제어

반도체의 실리콘 기판은 적외선에 대해 반투명하므로 적외선 카메라로 회로의 내부 구조를 관찰할 수 있습니다. 관찰을 가능하게 하려면 적외선 광원으로 회로를 비춰야 합니다. 우리의 레이저 현미경은 전용 광원 장비와 함께 배송되었습니다. 하야시 LA-150CE, 아래 그림과 같이 조명 강도를 조정하는 전원 스위치와 손잡이가 있습니다. 레이저 테스트 캠페인이 시작되면 특히 샘플이 얇아질 때 구성 요소를 방해할 수 있으므로 일반적으로 광원을 끕니다.

장비 후면을 보면 "원격" 스위치와 외부 커넥터를 사용할 수 있습니다. 우리는 이 광원이 지난 밀레니엄 커넥터를 통해 원격 제어 기능을 제공한다는 것을 이해했습니다. 웹에서 문서를 거의 찾을 수 없지만 Hayashi 카탈로그에서 확인했습니다. LAN 제어 장치 이 광원과 호환됩니다. 그러나 이 제품은 단종되었습니다. 또한 LAN 연결이 그리 편리하지 않습니다. 동일한 카탈로그에서 광원 커넥터에 대한 사양을 찾았습니다. 아주 상세하지는 않지만, 이것 저것 해보는 것으로 충분했습니다.

Hayashi 제품 카탈로그의 원격 제어 핀아웃:

이 인터페이스는 두 가지 주요 흥미로운 기능을 제공합니다.

디지털 핀 1과 8은 단락 여부에 따라 램프를 켜고 끄는 데 사용할 수 있습니다. 핀 8은 실제로 접지이므로 핀 1만 실제로 관련이 있습니다.
아날로그 핀 2는 0V(최소 강도)에서 5V(최대 강도) 범위의 신호로 광 강도를 제어합니다. 원격 모드가 활성화되면 전면 패널 전위차계가 우회되고 광도가 이 핀에 의해 직접 제어됩니다.

우리는 처음부터 직접 구축하기로 결정했습니다. 하야시 라이트 리모콘 다음 부분을 사용하여:

임베디드 애플리케이션 코드를 호스트하는 STM32 마이크로컨트롤러,
USB에서 동글을 제어할 수 있는 FT232 USB-직렬 변환기,
광도를 제어하기 위한 5621~0V 아날로그 신호 생성용 AD5B 디지털-아날로그 변환기.

우리는 PCB를 사용하여 설계했습니다. KiCad. 솔직히 말해서, 이 설계는 약간 오버사이즈일 수 있습니다. 마이크로컨트롤러는 현재 요구 사항에 비해 너무 크고 STM232 장치에는 이미 USB 기능이 있으므로 소프트웨어 개발 시간을 희생하여 FT32를 제거할 수 있습니다. 우리의 목표는 빠르고 더럽게 만들고 이미 설계된 설계도 중 일부를 재사용하는 것이었습니다.

재미를 위해, 그리고 이것이 매우 유망한 언어라고 믿기 때문에 Rust에서 마이크로 컨트롤러 펌웨어를 개발했습니다.

우리는 마침내 다음을 사용하여 간단한 플라스틱 인클로저를 설계했습니다. FreeCAD, 그리고 그것을 인쇄 스컬프테오.

예상외로 이 프로젝트에서 가장 어려운 부분은 커넥터(남성용 Amphenol의 참조 번호 5710140)를 식별하고 구식이 되어 더 이상 많은 공급업체에서 판매하지 않기 때문에 구매하는 것이었습니다. 부품 공급업체 검색 엔진 옥토 파트 그러나 권한을 얻는 것은 제작자와 사용자 모두에게 시간이 많이 걸리고 복잡할 수 있으며 크리에이티브 커먼즈 라이선스가 이를 해결할 수 있다.

모든 회로도 및 설계 파일은 당사에서 사용할 수 있습니다. GitHub 저장소.

카메라 셔터 제어

현미경에서 레이저 빔과 카메라는 동일한 광경로를 공유합니다. 레이저가 발사되면 빛의 일부가 실리콘에 의해 반사되어 카메라에 부딪힙니다. 데드 픽셀이 장기적으로 발생할 수 있는 센서 손상을 방지하기 위해 카메라 앞의 광학 기계식 셔터를 닫을 수 있습니다. 셔터는 수동이며 작동하는 데 거의 또는 전혀 힘이 필요하지 않습니다.

원격 제어를 가능하게 하기 위해 우리는 작은 스테퍼 모터와 Polulu의 TIC T834 스테퍼 모터 컨트롤러. 모터로 셔터를 움직이기 위해 3차원 기어와 현미경에 장착할 몸체를 개발하여 출력했습니다.

TIC T834는 모터에 에너지를 공급하기 위해 전원이 필요하지만 우리 모터는 많은 전류를 소모하지 않기 때문에 T834의 USB 전원 공급 장치도 단락시켜 모터에 전원을 공급했습니다. TIC 컨트롤러는 설정 및 사용이 매우 쉽고 문서화되어 있으며 소프트웨어 도구에서 모터를 제어하는 데 거의 시간이 걸리지 않았습니다. 우리는 이제 Python으로 작은 컨트롤러 클래스를 개발하여 피스테이지 도서관.

스테퍼 모터 컨트롤러는 전원이 켜졌을 때 현재 모터 위치를 찾아야 합니다. 이것은 접점 스위치가 모터가 834 위치에 있음을 컨트롤러에 알릴 때까지 모터가 회전하는 초기화 절차로 수행됩니다. 이 기능이 내장된 TXNUMX에 직접 연결된 간단한 스위치를 사용했습니다.

우리가 인쇄한 3D 신체 부위는 그다지 정확하지 않았고 두 개의 기어가 처음에 올바르게 작동하지 않았습니다. 열을 사용하여 플라스틱 부품을 약간 구부려 기어 사이의 간격을 수정할 수 있습니다. 몇 가지 조정 후 원격으로 카메라 셔터를 완벽하게 열고 닫을 수 있었습니다!

작동 중인 셔터

기계 설계는 당사에서 가능합니다. GitHub 저장소.

마무리

광원 제어와 카메라 셔터를 통합하여 많은 레이저 테스트 캠페인을 원격으로 실행할 수 있었습니다. 또한 이전에는 사람의 개입이 필요하고 쉽게 잊을 수 있었던 셔터를 닫고 조명을 끄는 작업을 레이저가 켜지면 자동으로 수행할 수 있어 이전보다 더 편리합니다.

목표 포탑의 제어와 관련하여 이미 전동 포탑이 존재하지만 불행히도 상당히 비싸고 교체하기 까다로울 수 있습니다. 현재로서는 간단하고 저렴한 솔루션을 찾지 못했습니다. 대물렌즈가 현미경에 정렬될 때 터릿을 제자리에 고정시키는 스프링이 있기 때문에 외부 모터로 터렛을 회전시키는 것은 특히 어렵습니다. 또한 전동 스테이지에 추가할 수 있는 무게는 제한되어 있습니다. 현재로서는 아직 공개되지 않은 문제이지만 원격 작업을 방해하지는 않으며 선택한 배율로 제한됩니다.

마지막으로, 파손된 샘플을 교체하려면 실험실에 접근해야 합니다. 다행히도 너무 자주 발생하지는 않습니다. 우리는 궁극적으로 단일 도터보드에서 많은 회로를 다중화할 수 있으므로 물리적 교체가 필요하기 전에 몇 개의 장치를 구울 수 있지만 그러한 솔루션을 개발하지는 않았습니다.