二手貼片機(jī)

為了能夠在現(xiàn)如今激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中贏得一席之地，電子產(chǎn)品制造廠商必須不斷地尋找一條能夠降低產(chǎn)品成本和產(chǎn)品導(dǎo)入市場(chǎng)的時(shí)間，與此同時(shí)又能夠不斷提升新產(chǎn)品質(zhì)量的新路。此外還必須改善生產(chǎn)制造工藝和規(guī)程，電子產(chǎn)品制造廠商同樣也要促使半導(dǎo)體器件制造廠商將更多的功能溶入微型化尺寸的可編程集成電路（programmable integrated circuits 簡(jiǎn)稱PIC）中去。于是，對(duì)于高端電子產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和制造，走一條尺寸更小、功能更強(qiáng)和價(jià)格更低的道路在我們面前清晰地展示了出來。在此背景下，現(xiàn)如今的可編程集成電路擁有很多的引腳、具有很強(qiáng)的功能，并且采用了具有創(chuàng)新意義的組裝形式。但是希望采用最新PIC器件的電子產(chǎn)品制造廠商必須克服在進(jìn)行編程過程中所遇到的一些問題。簡(jiǎn)單地說，為了能夠順利地對(duì)PCI器件進(jìn)行編程，需要學(xué)習(xí)一些新的方法。福好運(yùn)提供大陸JUKI貼片機(jī)技術(shù)支持。

行業(yè)背景

對(duì)于PIC器件來說，以往普遍采用DIP、PLCC或者SOIC的封裝形式。然而，隨著人們對(duì)緊湊型、高性能產(chǎn)品的需求增加，要求引入更為先進(jìn)的PIC器件。現(xiàn)如今的閃存器件可以采用SOP、TSOP、VSOP、BGA和微小型BGA封裝形式。高性能的微型控制器、CPLD器件和FPGA器件一直到可以采用QFP、BGA和微型BGA封裝形式，其所擁有的引腳數(shù)量范圍從44條一直可以達(dá)到超過800條以上。

由于非常多的引腳數(shù)量和很小的外形尺寸，這些元器件中的大部分僅能夠采用微細(xì)間距的封裝形式。微細(xì)間距的元器件所擁有的引腳非常脆弱，間距只有0.508mm（20 mils）或者說間隙幾乎沒有。這樣人們就將目光瞄向了使用PIC器件來應(yīng)對(duì)這一挑戰(zhàn)。 具有高密度和高性能的PIC器件價(jià)格是很昂貴的，要求采用高質(zhì)量的編程設(shè)備，需要擁有非常優(yōu)異的過程控制，以求將元器件的廢棄程度降低到最小的程度。

在采用手工編制程序的操作過程中，微細(xì)間距元器件實(shí)際上肯定會(huì)遭遇到來自共面性和其它形式的引腳損傷因素的威脅。如果說引腳受到了損傷的話，那么將可能導(dǎo)致焊接點(diǎn)可靠性出現(xiàn)問題，會(huì)提升生產(chǎn)制造過程中的缺陷率。同樣，高密度的元器件實(shí)際上將化費(fèi)較長(zhǎng)的編程時(shí)間，這樣就會(huì)降低生產(chǎn)的效率。

在電路板上的編程

先進(jìn)的PIC器件的使用者會(huì)面臨一項(xiàng)困難的選擇：是冒遭受質(zhì)量問題的風(fēng)險(xiǎn)，采用手工編制程序呢？還是另外尋找一種可以替代的編程方法，從而消除掉手工觸摸的方法呢？

為了能夠?qū)崿F(xiàn)后者，制造廠商們最初開始采用板上編程(on-board programming 簡(jiǎn)稱OBP)的方式。OBP是一種簡(jiǎn)單的方法，它是將PIC貼裝到印刷電路板(printed circuit board 簡(jiǎn)稱PCB)上以后再進(jìn)行編程的。一般情況下在電路板上進(jìn)行測(cè)試或者說進(jìn)行功能測(cè)試。閃存、電子式可清除程序化唯讀內(nèi)存（Electrically Erasable ProgrammableRead-Only Memory簡(jiǎn)稱EEprom）、基于EEprom的CPLD器件、基于EEprom的FPGA器件，以及內(nèi)置閃存或者EEprom的微型控制器，所有這些元器件均采用OBP形式進(jìn)行編程。

為了能夠滿足閃存和微型控制器的使用要求，在實(shí)施OBP的時(shí)候最常用的方法就是借助于針盤式夾具（bed-of-nails fixture），使用自動(dòng)測(cè)試設(shè)備(automatic test equipment 簡(jiǎn)稱ATE)編程。對(duì)于邏輯器件來說進(jìn)行編程頗為復(fù)雜，不太適合利用ATE針盤式夾具來進(jìn)行編程。

一項(xiàng)基于IEEE規(guī)范原創(chuàng)開發(fā)的新型OBP技術(shù)可以支持測(cè)試，展現(xiàn)出充滿希望的前程。這項(xiàng)規(guī)范稱為IEEE 1149.1，它詳細(xì)規(guī)定了邊界掃描的一系列協(xié)議，已經(jīng)用于許多PIC編程方法中。

如果電子產(chǎn)品制造商要使用IEEE 1149.1的編程方法時(shí)，他們所依賴的具有知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)的工具主要是由各種各樣的半導(dǎo)體制造廠商所提供。但是使用他們的工具進(jìn)行編程非常慢。同樣，因?yàn)樗麄兂鲇诒Ｗo(hù)知識(shí)產(chǎn)權(quán)的本能，每個(gè)工具僅限于單個(gè)用戶所使用的器件。如果說在一塊電路板上的PIC器件是由多個(gè)用戶所使用的話，這將是一個(gè)很大的缺陷。

總而言之，使用OBP方法可以消除掉手工操作器件和將編程溶入測(cè)試中去，以及制造生產(chǎn)緩慢的現(xiàn)象。然而，編程所需的時(shí)間可能也是緩慢的。

ATE針盤式編程

ATE設(shè)備最初的使用是用于對(duì)PCB組件進(jìn)行在線測(cè)試，以求發(fā)現(xiàn)諸如走線開路、短路，元器件缺失和元器件排列不準(zhǔn)等制造過程中所產(chǎn)生的缺陷。針盤式夾具是一種陣列配置，具有彈性荷載的測(cè)試端點(diǎn)，它可以在PCB和ATE測(cè)試設(shè)備的信號(hào)策動(dòng)電路之間形成一種機(jī)械和電氣的連接界面。

一旦PCB可靠地與針盤式夾具連接好了以后，ATE測(cè)試設(shè)備的信號(hào)策動(dòng)電路將會(huì)通過針盤式夾具和PCB，發(fā)送編程信號(hào)到目標(biāo)器件PIC上面。除了對(duì)機(jī)械缺陷進(jìn)行測(cè)試以外，ATE設(shè)備也能夠用于對(duì)PIC器件的編程操作。對(duì)元器件的編程和消除程序被嵌入到電路板測(cè)試程序中去，從而用來對(duì)目標(biāo)器件進(jìn)行編程。

IEEE 1149.1邊界掃描編程

為了提升PCB組件的密度和復(fù)雜性，使電路板和元器件的測(cè)試工作面臨著非常大的困難，尤其是對(duì)付空間受到限制的PCB組件。為了能夠有效的解決這一問題，一種邊界掃描測(cè)試協(xié)議(IEEE 1149.1)應(yīng)運(yùn)而生。

IEEE 1149.1測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)能夠通過一臺(tái)智能化外部設(shè)備，對(duì)在組裝的電路板上的邏輯器件或者閃存器件進(jìn)行編程。這種編程設(shè)備通過標(biāo)準(zhǔn)的測(cè)試訪問口(Test Access Port 簡(jiǎn)稱TAP)與電路板形成連接界面。所有這些需要采用JTAG硬件控制裝置、JTAG軟件系統(tǒng)、與JTAG兼容的PCB電路板，和一個(gè)四線測(cè)試訪問口。

實(shí)現(xiàn)邊界掃描工作可以采用一種專業(yè)化的專用電路板上編程設(shè)備，或者采用另外一種選擇方案，利用由美國GenRad、Hewlett-Packard和Teradyne ATE testers等公司提供的一些工具，于是可以在ATE測(cè)試設(shè)備上實(shí)現(xiàn)IEEE 1149.1邊界掃描編程工作。

采用IEEE標(biāo)準(zhǔn)的最大優(yōu)點(diǎn)之一就在于，它可以對(duì)在同一塊PCB上由不同供應(yīng)商提供的各種各樣的元器件進(jìn)行編程。這樣就可以降低整個(gè)編程時(shí)間，簡(jiǎn)化生產(chǎn)制造流程。

自動(dòng)化編程（AP）設(shè)備

PIC技術(shù)不斷地向前發(fā)展，所以新的自動(dòng)化編程設(shè)備和技術(shù)也保持著相同的發(fā)展步伐。舉例來說，Data I/O''s ProMaster 970自動(dòng)化微細(xì)間距編程設(shè)備能夠?qū)Σ捎孟冗M(jìn)封裝形式的PIC器件進(jìn)行編程，其中包括BGA、微型BGA、SOP、VSOP、TSOP、PLCC、SON和CSP。雙重貼裝(Dual pick-and-place簡(jiǎn)稱PNP) 端頭和可供選擇的可插8、10或者12的插座可以最大程度的提高設(shè)備的工作效率。該編程設(shè)備也可以進(jìn)一步涉及有關(guān)器件的質(zhì)量控制。舉例來說，共平面性問題和引腳的損傷實(shí)際上是不會(huì)存在的，因?yàn)榧闪思す庖曈X系統(tǒng)，所以能夠確保非常精確的器件貼裝。

因?yàn)橛兄喾N編程接口和PNP器件的配置，自動(dòng)集群編程一般可以做到比ATE編程的速度快上5倍到10倍。同樣，這些編程工具是專門為了編程而設(shè)計(jì)的，不是為了對(duì)電路板或者說功能進(jìn)行測(cè)試的，所以它們可以提供非常好的編程質(zhì)量。

微細(xì)間距的PIC器件可能是非常貴的，所以如果能降低其在生產(chǎn)制造過程中的損傷率，將極大的提升制造商的盈虧平衡點(diǎn)。能夠適用于大多數(shù)元器的自動(dòng)編程系統(tǒng)也是非常靈活的，可以適應(yīng)于先進(jìn)封裝器件形式。由于能夠?qū)⒏呱a(chǎn)率、高質(zhì)量和靈活性綜合在一起，導(dǎo)致了每個(gè)器件最低可得到的編程價(jià)格常常低于ATE編程價(jià)格的20%。

選擇編程的策略

生產(chǎn)部門的負(fù)責(zé)人常常會(huì)考慮采用編程的不同方式，他們會(huì)問：“采用何種編程方式對(duì)我來說是最適合的呢？”沒有一種可以滿足所有的應(yīng)用事例的答案。他們權(quán)衡的內(nèi)容一般會(huì)包含有：所采用的解決方案對(duì)生產(chǎn)效率、生產(chǎn)線使用的計(jì)劃安排、PCB的價(jià)格、工藝控制問題、缺陷率水平、供應(yīng)商的管理、主要設(shè)備的成本以及存貨的管理是否會(huì)帶來沖擊。

對(duì)生產(chǎn)效率帶來的沖擊

ATE編程會(huì)降低生產(chǎn)效率，這是因?yàn)闉榱四軌驖M足編程的需要，要增加額外的時(shí)間。舉例來說，如果為了檢查制造過程中所出現(xiàn)的缺陷現(xiàn)象，需要化費(fèi)15秒的時(shí)間進(jìn)行測(cè)試，這時(shí)可能需要再增加5秒鐘用來對(duì)該元器件進(jìn)行編程。ATE所起到的作用就像是一臺(tái)非常昂貴的單口編程器。同樣，對(duì)于需要化費(fèi)較長(zhǎng)時(shí)間編程的高密度閃存器件和邏輯器件來說，所需要的總的測(cè)試時(shí)間將會(huì)更長(zhǎng)，這令人頭痛。因此，當(dāng)編程時(shí)間與電路板總的測(cè)試時(shí)間相比較所占時(shí)間非常小的時(shí)候，ATE編程方式是性價(jià)比最好的一種方式。為了提高生產(chǎn)率，以求將較長(zhǎng)的編程時(shí)間降低到最低的限度，ATE編程技術(shù)可以與板上技術(shù)相結(jié)合使用，例如：邊界掃描或者說具有zhuanli的眾多方法中的一種。

還有一種解決方案是在電路板進(jìn)行測(cè)試的時(shí)候，僅對(duì)目標(biāo)器件的boot碼進(jìn)行編程處理。器件余下的編程工作在處于不影響生產(chǎn)率的時(shí)候才進(jìn)行，一般來說是在設(shè)備進(jìn)行功能測(cè)試的時(shí)候。然而，除非超過了ATE的能力，功能測(cè)試的能力是足夠的，對(duì)于高密度器件來說性能價(jià)格比最好的編程方法是一種自動(dòng)化的編程設(shè)備。舉例來說：ProMaster 970設(shè)備配置有12個(gè)接口，每小時(shí)能夠?qū)?00個(gè)8兆閃存進(jìn)行編程和激光標(biāo)識(shí)。與此形成對(duì)照的是，ATE或者說功能測(cè)試儀將化費(fèi)60至120小時(shí)來完成這些編程工作。

生產(chǎn)線使用計(jì)劃安排

由于電子產(chǎn)品愈來愈復(fù)雜和先進(jìn)，所以對(duì)具有更多功能和較高密度的可編程元器件的需求量也愈來愈高。這些先進(jìn)的元器件在OBP的環(huán)境之中，常常要求化費(fèi)較長(zhǎng)的編程時(shí)間，這樣就直接降低了產(chǎn)品的生產(chǎn)效率。

同樣，由不同的半導(dǎo)體器件制造商所提供的相同密度的元器件，在進(jìn)行編程的時(shí)候所化費(fèi)的時(shí)間差異是非常大的，一般來說具有最快編程速度的元器件，價(jià)格也是最貴的。所以人們?cè)诳紤]是否支付更多的錢給具有快速編程能力的元器件時(shí)，面臨著兩難的選擇是提升生產(chǎn)率和降低設(shè)備的成本，還是采用具有較慢編程時(shí)間的便宜元器件，并由此忍受降低生產(chǎn)率的苦惱。

此外，制造廠商必須記住，為了能夠?qū)Ω对诙唐趦?nèi)出現(xiàn)的大量產(chǎn)品需求，他們不可能依賴采用最適用的半導(dǎo)體器件。缺少可獲得最佳的元器件，會(huì)迫使制造廠商重新選擇可替換的編程元器件，每個(gè)元器件具有不同的編程時(shí)間、價(jià)格和可獲性。對(duì)于OBP來說，這種情形對(duì)于實(shí)行有效的生產(chǎn)線計(jì)劃安排顯然是相當(dāng)困難的。

因?yàn)樽詣?dòng)編程擁有比單接口OBP解決方案快捷的優(yōu)勢(shì)，所以對(duì)編程時(shí)間變化的影響可以完全不顧。同樣，由于自動(dòng)編程方案一般支持來自于不同供應(yīng)廠商的數(shù)千款元器件，可以緩解使用替代元器件所產(chǎn)生的問題。

PCB的費(fèi)用

對(duì)先進(jìn)PIC的編程和測(cè)試需求有了令人矚目的增長(zhǎng)。這是因?yàn)樾酒?yīng)商使用新的硅技術(shù)來創(chuàng)建具有最高速度和性能的元器件。認(rèn)真仔細(xì)的程序設(shè)計(jì)必須考慮到傳輸線的有效性問題、信號(hào)線的阻抗情況、引針的插入，以及元器件的特性。如果不是這樣的話，問題可能會(huì)接二連三的發(fā)生，其中包括：接地反射（ground bounce）、交擾和在編程期間發(fā)生信號(hào)反射現(xiàn)象。

自動(dòng)化高質(zhì)量的編程設(shè)備通過良好的設(shè)計(jì)，可以將這些問題降低到最小的程度。為了能夠進(jìn)行ATE編程，PCB設(shè)計(jì)師必須對(duì)付周邊的電路、電容、電阻、電感、信號(hào)交擾、Vcc和Gnd反射、以及針盤夾具。所有這一切將極大的影響到進(jìn)行編程時(shí)的產(chǎn)量和質(zhì)量。因?yàn)樵黾恿藢?duì)電路板的空間需求，以及分立元器件（接線片、FET、電容器）和增加對(duì)電源供電能力的需求，從而最終增加了PCB的成本。盡管每一塊電路板是不同的，PCB的價(jià)格一般會(huì)增加2%到10%。

編程規(guī)則系統(tǒng)的選擇

許多電子產(chǎn)品制造廠商還沒有認(rèn)識(shí)到閃存、CPLD和FPGA器件仍然要求采用編程規(guī)則系統(tǒng)（programming algorithms）。每一個(gè)元器件是不同的，在不同半導(dǎo)體供應(yīng)商之間編程規(guī)則是不能交換的。因此，如果他們要使用ATE編程方式，測(cè)試工程師必須對(duì)每一個(gè)元器件和所有的可替換供應(yīng)商（現(xiàn)有的和開發(fā)的）寫下編程規(guī)則系統(tǒng)。

如果說使用了不正確的規(guī)則系統(tǒng)將會(huì)導(dǎo)致在編程期間或者電路板測(cè)試期間，以及當(dāng)用戶擁有該產(chǎn)品時(shí)面臨失敗（這是所有情形中最壞的現(xiàn)象）。最難對(duì)付的事情是，半導(dǎo)體供應(yīng)商為了能夠提高產(chǎn)量、增加數(shù)據(jù)保存和降低制造成本，時(shí)常變更編程規(guī)則。所以即使今天所編寫的編程規(guī)則系統(tǒng)是正確的，很有可能不久該規(guī)則就要變化了。另外，不管是ATE供應(yīng)商，還是半導(dǎo)體供應(yīng)商當(dāng)規(guī)則系統(tǒng)發(fā)生變化的時(shí)候都不會(huì)及時(shí)與用戶接觸。

工藝過程管理和問題的解決

基于ATE的編程工作的完成要求人們?cè)敿?xì)了解編程硬件和軟件，以及對(duì)于可以用于編程的元器件的專業(yè)知識(shí)。為了能夠正確的創(chuàng)建編程規(guī)則，測(cè)試工程師必須仔細(xì)了解有關(guān)PIC編程、消除規(guī)則系統(tǒng)和查證規(guī)則系統(tǒng)的知識(shí)。但不幸的是，這種知識(shí)范圍一般超出了測(cè)試工程師的專業(yè)范圍，一項(xiàng)錯(cuò)誤將會(huì)招至災(zāi)難性的損失。

測(cè)試工程師對(duì)所涉及的編程問題，也必須有及時(shí)的了解，諸如：元器件的價(jià)格和可獲性、所增加的元器件密度、測(cè)試的缺陷率、現(xiàn)場(chǎng)失效率，以及與半導(dǎo)體供應(yīng)廠商保持經(jīng)常性的溝通。

同樣，由于半導(dǎo)體供應(yīng)商或者說ATE供應(yīng)商將不會(huì)對(duì)編程的結(jié)果負(fù)責(zé)，解決有關(guān)編程器件問題的所有責(zé)任完全落在了測(cè)試工程師的肩上。

舉例來說，如果失效是由于可編程控量突然增加，測(cè)試工程師必須首先確定問題的根源，然后著手解決這個(gè)問題。如果說這個(gè)問題是由于元器件的問題所引起的、由于ATE編程軟件所引起的、該P(yáng)CB設(shè)計(jì)所引起的，或者說是因?yàn)闇y(cè)試夾具所引起的呢？

這些復(fù)雜的問題可能需要化費(fèi)數(shù)周的時(shí)間去分解和解決，與此同時(shí)生產(chǎn)線只能夠停頓下來待命。

與此形成對(duì)照的是，在器件編程領(lǐng)域處于領(lǐng)先位置的公司將直接與半導(dǎo)體供應(yīng)廠商一起合作，來解決編程設(shè)備中所存在的問題，或者說自己設(shè)計(jì)設(shè)備，所以能夠較快的識(shí)別問題的根源。

產(chǎn)出率

一個(gè)經(jīng)過良好設(shè)計(jì)的編程設(shè)備能夠提供優(yōu)化的編程環(huán)境，并且能夠確保最大可能的產(chǎn)量。然而，在編程過程中存在著很小比例的器件將會(huì)失效。不同的半導(dǎo)體供應(yīng)商之間的這個(gè)比例是不同的，編程產(chǎn)出率的范圍將會(huì)在99.3%到99.8%之間。自動(dòng)化的編程設(shè)備被設(shè)計(jì)成能夠識(shí)別這些缺陷，于是在PCB實(shí)施裝配以前就可以將失效的元器件捕捉出來，從而實(shí)現(xiàn)將次品率降低到最小的目的。經(jīng)過比較，編程的失效率一般會(huì)高于在ATE編程環(huán)境中的。

對(duì)于制造廠商而言如果能夠事先發(fā)現(xiàn)問題，可以在長(zhǎng)期的經(jīng)營中減少成本支出。編程設(shè)備不僅可以擁有較低的PIC失效率，它們經(jīng)過設(shè)計(jì)也可以發(fā)現(xiàn)編程有缺陷的PIC器件。在現(xiàn)實(shí)環(huán)境中作為目標(biāo)的PIC器件被溶入在PCB的設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)成能夠扮演另外一個(gè)角色的作用（電話、傳真、掃描儀等等），作為一種專門的編程設(shè)備可以簡(jiǎn)單地做這些事情，而無需提供相同質(zhì)量的編程環(huán)境。

供應(yīng)商的管理

ATE編程潛在的可能是鎖定一個(gè)供應(yīng)商的可編程元器件。由于ATE要求認(rèn)真仔細(xì)的PCB設(shè)計(jì)，以及為了能夠滿足每一個(gè)不同的PIC使用需要專用的軟件，隨后所形成的元器件變更工作將會(huì)是成本非常高昂的，同時(shí)又是很花時(shí)間的。通過具有知識(shí)產(chǎn)權(quán)的一系列協(xié)議方法，可以讓數(shù)家半導(dǎo)體供應(yīng)商一起工作，從而形成一種形式的可編程器件。

由IEEE 1149.1邊界掃描編程所提供的方法具有很大的靈活性，它允許在同一PCB上面混裝由不同半導(dǎo)體供應(yīng)商所提供的元器件。然而，自動(dòng)化編程設(shè)備可以最大靈活地做這些事情。借助于從不同的供應(yīng)商處獲得的數(shù)千個(gè)PIC器件的常規(guī)器件支持，他們能夠非常靈活地保持與客戶需求變化相同的步伐。

主要設(shè)備的費(fèi)用

取決于使用ATE的百分比以及對(duì)生產(chǎn)率的要求，為了實(shí)現(xiàn)PIC編程可能會(huì)要求增添ATE設(shè)備。關(guān)于ATE價(jià)格的范圍從15萬美元至40萬美元不等，購置一臺(tái)新的設(shè)備或者更新現(xiàn)有的設(shè)備使之適合于編程的需要是非常昂貴的事情。一種方式是使用一臺(tái)AP設(shè)備來提供編程元器件到多條生產(chǎn)線上。這種做法可以降低ATE的利用率，從而降低設(shè)備方面的投資。

結(jié)束語

通過選擇正確的設(shè)備以及挑選最有效的編程方式來滿足特殊的應(yīng)用需求，制造廠商能夠?qū)崿F(xiàn)高質(zhì)量、低成本和縮短產(chǎn)品進(jìn)入市場(chǎng)的時(shí)間，以適應(yīng)現(xiàn)如今激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)局面。然而，讓我們看一下所有不同的編程方式，每一種編程方法都擁有優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)，所以對(duì)我們來說選擇編程方法可能是一件令人十分頭痛的事情。

愈來愈多的制造廠商將需要評(píng)估不同的編程解決方案對(duì)生產(chǎn)效率、生產(chǎn)線的計(jì)劃調(diào)度、PCB的價(jià)格、工藝過程控制、客戶管理和主要設(shè)備的價(jià)格等所帶來的沖擊。最全面的解決方案可能是一種綜合了自動(dòng)化編程、ATE和IEEE邊界掃描編程方法的組合體。