Ekstern laserfeilinjeksjon under pandemi | Ledger

Dette korte innlegget beskriver noen laserstasjonsforbedringer vi har gjort for å kunne kjøre eksperimentene våre eksternt.

Oppsettproblemer

Vår laserfeilinjeksjonsplattform er laget av et mikroskop som brukes til å fokusere en laserkilde ned til en enhet som testes. Den er utstyrt med et infrarødt kamera for å observere den interne arkitekturen til den målrettede brikken og justere laserstråleformen. Heldigvis er den utstyrt med en motorisert scene som gjør det mulig å flytte laserstrålen over brikken fra vår tilpassede programvareapplikasjon. Alle verktøyene vi utviklet kjører på Linux-operativsystemet, og det er derfor mulig å bruke dem gjennom en SSH-tilkobling, forutsatt at du har god internettforbindelse. Vi møtte noen forsinkelsesproblemer i forbindelse med live-bildet fra mikroskopkameraet, som vi raskt løste ved å slå på SSH-komprimeringsalternativet (-C) som ikke er aktivert som standard og reduserer den nødvendige streamingbåndbredden betraktelig. Ikke desto mindre krevde noen elementer på det tidspunktet intervensjon på stedet:

• Kontroll av kameraets lyskilde: et dedikert utstyr gir infrarødt lys for å lyse opp brikken for kameravisualisering.
• Åpning eller lukking av den mekaniske kameralukkeren: denne lukkeren er en del av mikroskopet og må lukkes når laseren brukes.
• Bytte av mikroskopobjektiv: 4 forskjellige optiske objektiver er montert på et mekanisk roterende tårn og tillater forskjellige mikroskopforstørrelser.

Nedenfor er detaljert hvordan vi tilpasset testbenken vår for å fjernstyre lukkeren og lyskilden. Spesielt ønsket vi å begrense kostnadene for disse tilpasningene, og gjøre det tilgjengelig så snart som mulig.

Styring av lyskilden

Silisiumsubstratet til halvledere er semi-transparent for infrarødt lys, og med et infrarødt kamera er det derfor mulig å observere den interne strukturen til kretser. For å gjøre observasjonen mulig, må kretsen være belyst med en infrarød lyskilde. Lasermikroskopet vårt ble levert med et dedikert lyskildeutstyr, en Hayashi LA-150CE, som har en strømbryter og en knott for å justere lysintensiteten, som vist nedenfor. Når en lasertestkampanje startes, slår vi vanligvis av lyskilden da den kan forstyrre komponentene, spesielt når prøvene tynnes ut.

Når vi så på baksiden av utstyret, fant vi en "fjernkontroll"-bryter og en ekstern kontakt var tilgjengelig. Vi forsto at denne lyskilden tilbyr fjernkontroll gjennom noen tidligere årtusener. Lite dokumentasjon kan bli funnet på nettet, men vi identifiserte i en Hayashi-katalog at det finnes en LAN kontrollenhet kompatibel med denne lyskilden. Imidlertid er dette produktet utgått. Dessuten er LAN-tilkobling ikke veldig praktisk. I samme katalog fant vi spesifikasjonen for kontakten til lyskilden. Selv om det ikke er veldig detaljert, var det nok å prøve dette ut.

Fjernkontroll pinout fra Hayashi produktkatalog:

Dette grensesnittet gir to hovedinteressante funksjoner:

• Digitale pinner 1 og 8 kan brukes til å slå på og av lampen ved å kortslutte dem eller ikke. Pinne 8 er faktisk bakken, så bare pinne 1 er virkelig relevant.
• Den analoge pinnen 2 styrer lysintensiteten med et signal som strekker seg fra 0 V (minimum intensitet) til 5 V (maksimal intensitet). Når ekstern modus er aktivert, omgås frontpanelpotensiometeret og lysintensiteten styres direkte av denne pinnen.

Vi bestemte oss for å bygge vårt eget fra bunnen av Hayashi Light fjernkontroll ved hjelp av følgende deler:

• En STM32 mikrokontroller for å være vert for den innebygde applikasjonskoden,
• En FT232 USB-til-seriell-omformer for å tillate kontroll av dongelen fra USB,
• En AD5621B digital-til-analog-omformer for 0 til 5V analog signalgenerering for å kontrollere lysintensiteten.

Vi designet PCB ved hjelp av KiCad. For å være ærlig kan denne designen være litt overdimensjonert: mikrokontrolleren er for stor for dagens behov, og FT232 kan fjernes siden STM32-enheter allerede har USB-funksjoner, på bekostning av programvareutviklingstid. Målet vårt var å gjøre det raskt og skittent og gjenbruke noen av våre allerede utformede skjemaer.

For moro skyld, og fordi vi mener dette er et veldig lovende språk, utviklet vi mikrokontrollerfastvaren i Rust.

Vi designet til slutt et enkelt plastkabinett ved hjelp av FreeCAD, og trykket den med skulptur.

Uventet var den vanskeligste delen av dette prosjektet å identifisere kontakten (referanse 5710140 fra Amphenol for den mannlige siden), og også kjøpe den siden den er foreldet og ikke selges lenger av mange leverandører. Delleverandørens søkemotor Octopart kan hjelpe.

Alle skjemaer og designfiler er tilgjengelige på vår GitHub repository.

Kontroll av kamerautløseren

I mikroskopet deler laserstrålen og kameraet den samme optiske banen. Når laseren fotograferer, reflekteres en brøkdel av lyset av silisiumet og vil treffe kameraet. For å forhindre sensorskader som kan resultere på lang sikt i døde piksler, kan en optisk mekanisk lukker foran kameraet lukkes. Lukkeren er manuell og krever liten eller ingen kraft for å aktiveres.

For å gjøre fjernstyring mulig kjøpte vi en liten trinnmotor og en TIC T834 Stepper Motor Controller fra Polulu. Vi utviklet og printet ut 3D-gir og en kropp som skal monteres på mikroskopet, for å flytte lukkeren med motoren.

TIC T834 krever en strømkilde for å gi energi til motoren, men siden motoren vår ikke trekker mye strøm, kortsluttet vi USB-strømforsyningen til T834 for å gi strøm til motoren også. TIC-kontrollere er veldig enkle å sette opp og bruke, det er godt dokumentert og det tok oss veldig lite tid å kontrollere motoren fra programvareverktøyene våre. Vi utviklet en liten kontrollerklasse i Python som nå er integrert i vår pystages bibliotek.

Trinnmotorkontrollere må finne ut gjeldende motorposisjon når den slås på. Dette gjøres med en initialiseringsprosedyre hvor motoren vil spinne til en kontaktbryter forteller kontrolleren at motoren er i nullposisjon. Vi brukte en enkel bryter direkte koblet til T834 som har denne funksjonen innebygd.

3D-kroppsdelen vi skrev ut var ikke særlig nøyaktig, og de to girene fungerte ikke som de skulle ved første gang. Ved å bruke varme kunne vi bøye plastdelen litt for å rette opp gapet mellom tannhjulene. Etter noen få justeringer klarte vi å fjernåpne og lukke kamerautløseren perfekt!

Mekanisk design er tilgjengelig på vår GitHub repository.

Avsluttende tanker

Ved å integrere kontrollen av lyskilden og kamerautløseren kunne vi kjøre mange lasertestkampanjer eksternt. Det er også mer praktisk enn før, ettersom å lukke lukkeren og slå av lyset nå kan gjøres automatisk når laseren er slått på, mens det tidligere krevde menneskelig fysisk inngripen og lett kunne glemmes.

Når det gjelder kontrollen av måltårnet, finnes det allerede motoriserte tårn, men de er dessverre ganske dyre, og det kan være vanskelig å erstatte. For øyeblikket fant vi ingen enkel og rimelig løsning. Det er vanskelig å rotere tårnet med en ekstern motor, spesielt fordi det er en fjær som låser tårnet på plass når objektivet er på linje med mikroskopet. Vekten vi kan legge til den motoriserte scenen er også begrenset. Dette er fortsatt et åpent problem for øyeblikket, men det hindrer ikke arbeid eksternt, vi er bare begrenset til en valgt forstørrelse.

Til slutt, å erstatte prøven når den er ødelagt krever fortsatt tilgang til laboratoriet. Heldigvis skjer det ikke for ofte. Vi kan til slutt multiplekse mange kretser på et enkelt datterkort, slik at vi kan brenne noen få enheter før vi trenger fysisk utskifting, men vi utviklet ikke en slik løsning.

• SEO-drevet innhold og PR-distribusjon. Bli forsterket i dag.
• PlatoAiStream. Web3 Data Intelligence. Kunnskap forsterket. Tilgang her.
• Minting the Future med Adryenn Ashley. Tilgang her.
• Kjøp og selg aksjer i PRE-IPO-selskaper med PREIPO®. Tilgang her.
• kilde: https://www.ledger.com/blog/laser-improvements