片式元器件自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

李玉學(xué)

摘要：為了解決目前片式元器件二次篩選過(guò)程中測(cè)試效率低、勞動(dòng)強(qiáng)度大的問(wèn)題，對(duì)元器件自動(dòng)測(cè)試技術(shù)進(jìn)行了研究，設(shè)計(jì)了片式元器件自動(dòng)測(cè)試裝置，該裝置與現(xiàn)有的元器件測(cè)試設(shè)備相結(jié)合，構(gòu)建了元器件自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了片式元器件的半自動(dòng)化測(cè)試；片式元器件樣片的測(cè)試結(jié)果表明，該系統(tǒng)所得測(cè)試數(shù)據(jù)與現(xiàn)有方法的測(cè)試數(shù)據(jù)相一致，提高了測(cè)試效率。

關(guān)鍵詞：片式元器件；二次篩選；自動(dòng)測(cè)試

中圖分類(lèi)號(hào)：TP274 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-9416（2017）06-0175-02

1 引言

近年來(lái)，我國(guó)的電子元器件產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，而電子元器件的質(zhì)量檢測(cè)與篩選是提高產(chǎn)品質(zhì)量與可靠性的重要環(huán)節(jié)。隨著自動(dòng)化測(cè)試技術(shù)的發(fā)展，國(guó)內(nèi)外已經(jīng)研制出一批自動(dòng)化電子元器件在線檢測(cè)設(shè)備，可以實(shí)現(xiàn)元器件自動(dòng)上料、定位、參數(shù)測(cè)試、分選和包裝編帶等功能。這些設(shè)備功能單一，也大多具有很強(qiáng)的針對(duì)性，主要適用于元器件生產(chǎn)廠家進(jìn)行的一次篩選。在元器件使用方、整機(jī)研制或生產(chǎn)單位進(jìn)行二次篩選時(shí)[1]，元器件的種類(lèi)多、批量小，因此元器件的二次篩選難以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化測(cè)試。

隨著電子設(shè)備的小型化和輕量化，要求組裝整機(jī)的電子元器件外形構(gòu)成為片式，因此，片式元器件所占比重越來(lái)越大。在對(duì)片式元器件進(jìn)行二次篩選時(shí)，主要采用人工操作，效率低，勞動(dòng)強(qiáng)度大，為了解決這些問(wèn)題，本文對(duì)片式元器件自動(dòng)測(cè)試技術(shù)進(jìn)行了研究，設(shè)計(jì)了片式元器件自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了片式元器件的半自動(dòng)化測(cè)試。

2 系統(tǒng)構(gòu)成

片式元器件自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)主要包括元器件自動(dòng)測(cè)試裝置與元器件測(cè)試系統(tǒng)。其中元器件自動(dòng)測(cè)試裝置包括桌上型機(jī)械手、機(jī)械手控制盒、元器件固定平臺(tái)和測(cè)試頭；元器件測(cè)試系統(tǒng)主要包括計(jì)算機(jī)與元器件測(cè)試設(shè)備。元器件測(cè)試系統(tǒng)為原有的測(cè)試條件，在此基礎(chǔ)上購(gòu)置了桌上型機(jī)械手，設(shè)計(jì)機(jī)械手控制盒，根據(jù)片式元器件的具體封裝規(guī)格設(shè)計(jì)元器件固定平臺(tái)與測(cè)試頭。片式元器件放置在固定平臺(tái)上，固定平臺(tái)安裝在機(jī)械手的X軸上，測(cè)試頭安裝在機(jī)械手的Z軸上，機(jī)械手控制盒上的兩個(gè)接口分別連接計(jì)算機(jī)與機(jī)械手，使計(jì)算機(jī)與機(jī)械手之間能進(jìn)行信號(hào)交互，實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)測(cè)試過(guò)程的自動(dòng)化。

3 系統(tǒng)控制

片式元器件的自動(dòng)測(cè)試分為三個(gè)步驟：首先是機(jī)械手控制元器件移動(dòng)到位，其次是使測(cè)試頭上的測(cè)試探針與元器件引腳實(shí)現(xiàn)良好接觸，最后元器件測(cè)試設(shè)備對(duì)元器件進(jìn)行電參數(shù)的測(cè)試。這三個(gè)過(guò)程是由元器件測(cè)試設(shè)備、計(jì)算機(jī)與桌上型機(jī)械手共同協(xié)作完成的，其中計(jì)算機(jī)中的元器件測(cè)試系統(tǒng)軟件主要是控制元器件測(cè)試設(shè)備進(jìn)行電參數(shù)測(cè)試，桌上型機(jī)械手及控制程序用來(lái)控制元器件與測(cè)試頭的移動(dòng)，使元器件的引腳與測(cè)試頭的測(cè)試探針實(shí)現(xiàn)良好的接觸，機(jī)械手控制盒用來(lái)實(shí)現(xiàn)桌上型機(jī)械手與計(jì)算機(jī)之間進(jìn)行信號(hào)的交互，最終實(shí)現(xiàn)元器件的自動(dòng)測(cè)試控制。

3.1 自動(dòng)測(cè)試的控制過(guò)程

片式元器件的自動(dòng)測(cè)試控制過(guò)程，主要是控制元器件測(cè)試系統(tǒng)與桌上型機(jī)械手之間的信號(hào)交互。元器件測(cè)試系統(tǒng)包括元器件測(cè)試設(shè)備與配套的計(jì)算機(jī)，其中機(jī)械手控制板卡可安裝在元器件測(cè)試設(shè)備或計(jì)算機(jī)上。桌上型機(jī)械手與元器件測(cè)試系統(tǒng)之間的信號(hào)交互過(guò)程如圖1所示。

圖1中的SOT信號(hào)為開(kāi)始測(cè)試信號(hào)，SOT信號(hào)與元器件測(cè)試系統(tǒng)軟件中的測(cè)試及測(cè)試臺(tái)上的測(cè)試按鈕功能相同。當(dāng)機(jī)械手移動(dòng)到相應(yīng)的位置，使測(cè)試頭上的探針與被測(cè)器件的引腳接觸完好之后，在T1時(shí)刻，桌上型機(jī)械手發(fā)出SOT信號(hào)（低電平脈沖）；在T2時(shí)刻，計(jì)算機(jī)接收到SOT信號(hào)后，控制元器件測(cè)試系統(tǒng)開(kāi)始進(jìn)行相關(guān)的電參數(shù)測(cè)試；T3時(shí)刻，測(cè)試結(jié)束后，計(jì)算機(jī)發(fā)出EOT信號(hào)（測(cè)試結(jié)束信號(hào)），并根據(jù)測(cè)試結(jié)果發(fā)出相應(yīng)的BIN信號(hào)（測(cè)試結(jié)果信號(hào)），桌上型機(jī)械手根據(jù)接收的信號(hào)進(jìn)行下一步動(dòng)作，如BIN信號(hào)為合格信號(hào)，則機(jī)械手進(jìn)行移動(dòng)到下一個(gè)元器件的位置，重復(fù)之前的測(cè)試過(guò)程；如BIN信號(hào)為不合格信號(hào)，則測(cè)試過(guò)程停止，此時(shí)可以查看測(cè)試情況，查找原因，排除其他因素后，通過(guò)機(jī)械手控制盒上的按鈕可以控制桌上型機(jī)械手與元器件測(cè)試系統(tǒng)，可以進(jìn)行重復(fù)測(cè)試或選擇測(cè)試下一個(gè)，繼續(xù)進(jìn)行測(cè)試。

3.2 機(jī)械手控制盒的設(shè)計(jì)

機(jī)械手控制盒是用來(lái)連接元器件測(cè)試系統(tǒng)和桌上型機(jī)械手，進(jìn)行信號(hào)交互并實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)自動(dòng)測(cè)試過(guò)程的控制。桌上型機(jī)械手為標(biāo)準(zhǔn)的PIO接口，工作電壓為24V，元器件測(cè)試系統(tǒng)中的機(jī)械手控制板卡信號(hào)為T(mén)TL電平，要實(shí)現(xiàn)機(jī)械手與元器件測(cè)試系統(tǒng)之間的信號(hào)交互，還需要設(shè)計(jì)電平轉(zhuǎn)換電路，因此機(jī)械手控制盒的主要部分是電平轉(zhuǎn)換接口電路?？刂坪猩显O(shè)計(jì)了兩個(gè)接口，分別用來(lái)連接元器件測(cè)試系統(tǒng)和機(jī)械手，還設(shè)計(jì)了兩個(gè)開(kāi)關(guān)按鈕，其功能分別為重復(fù)測(cè)試和測(cè)試下一個(gè)。電平轉(zhuǎn)換電路主要使用光電耦合器來(lái)實(shí)現(xiàn)24V與TTL電平之間的轉(zhuǎn)換，機(jī)械手的高電平轉(zhuǎn)換成TTL電平的轉(zhuǎn)換電路如圖2所示。計(jì)算機(jī)的TTL電平轉(zhuǎn)換為高電平的轉(zhuǎn)換電路如圖3所示。

如圖2所示，以SOT信號(hào)為例，OUT為機(jī)械手輸出的開(kāi)始信號(hào)，當(dāng)其為0V時(shí)，發(fā)光二極管不導(dǎo)通，光電耦合器的三極管為截止?fàn)顟B(tài)，發(fā)射極與集電極之間相當(dāng)于斷開(kāi)，計(jì)算機(jī)接收到的SOT信號(hào)為5V左右，當(dāng)其為24V時(shí)，發(fā)光二極管導(dǎo)通，三極管為導(dǎo)通狀態(tài)，由于上拉電阻的存在，計(jì)算機(jī)接收到的SOT信號(hào)為0V左右[2]。當(dāng)OUT信號(hào)在0～24V之間變化時(shí)，計(jì)算機(jī)接收到的SOT信號(hào)都在5～0V之間變化，從而實(shí)現(xiàn)了從高電平到低電平的轉(zhuǎn)換。

如圖3所示，以BIN信號(hào)為例，BIN為計(jì)算機(jī)發(fā)出的測(cè)試結(jié)果信號(hào)，當(dāng)其為0V時(shí)，發(fā)光二極管不導(dǎo)通，光電耦合器的三極管為截止?fàn)顟B(tài)，發(fā)射極與集電極之間相當(dāng)于斷開(kāi)，機(jī)械手接收到的輸入信號(hào)IN為24V左右，當(dāng)其為5V時(shí)，發(fā)光二極管導(dǎo)通，三極管為導(dǎo)通狀態(tài)，由于上拉電阻的存在，機(jī)械手接收到的IN信號(hào)為0V左右。當(dāng)BIN信號(hào)在0～5V之間變化時(shí)，機(jī)械手收到的IN信號(hào)都在24～0V之間變化，從而實(shí)現(xiàn)了從低電平到高電平的轉(zhuǎn)換。endprint

4 測(cè)試結(jié)果分析

片式元器件自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)根據(jù)設(shè)計(jì)的測(cè)試頭與固定平臺(tái)可以實(shí)現(xiàn)不同封裝元器件的半自動(dòng)化測(cè)試，并且設(shè)計(jì)的機(jī)械手控制盒能與具有機(jī)械手控制板卡的元器件測(cè)試系統(tǒng)連接，因此，本文設(shè)計(jì)的片式元器件自動(dòng)測(cè)試裝置能與不同的元器件測(cè)試系統(tǒng)連接構(gòu)成自動(dòng)化測(cè)試系統(tǒng)。以SMD-1封裝的三端集成穩(wěn)壓器為例，根據(jù)元器件的封裝和尺寸，設(shè)計(jì)了相應(yīng)測(cè)試頭與固定平臺(tái)，并與數(shù)?；旌霞呻娐窚y(cè)試系統(tǒng)STS8105A連接，實(shí)現(xiàn)了SMD-1封裝元器件CW1117的自動(dòng)化測(cè)試，對(duì)大量元器件樣片分別進(jìn)行了多次測(cè)試，將測(cè)試結(jié)果與人工測(cè)試的結(jié)果進(jìn)行了比對(duì)，測(cè)試數(shù)據(jù)基本一致。列出其中一組測(cè)試數(shù)據(jù)的比對(duì)表如表1所示。

5 結(jié)語(yǔ)

本文設(shè)計(jì)的片式元器件自動(dòng)化測(cè)試系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了片式元器件的半自動(dòng)化測(cè)試。并且?guī)в袡C(jī)械手控制板卡的元器件測(cè)試系統(tǒng)均可使用本文設(shè)計(jì)的自動(dòng)化測(cè)試系統(tǒng)，設(shè)計(jì)的元器件測(cè)試頭與固定平臺(tái)可適用于同一種封裝不同型號(hào)的元器件的測(cè)試，成本低，測(cè)試結(jié)果可靠。因此，本文設(shè)計(jì)的片式元器件自動(dòng)化測(cè)試系統(tǒng)可廣泛應(yīng)用于種類(lèi)多、批量小的片式元器件進(jìn)行二次篩選時(shí)電參數(shù)的測(cè)試，能很好的解決人工操作時(shí)效率低，勞動(dòng)強(qiáng)度大的問(wèn)題。

參考文獻(xiàn)

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Abstract：In order to solve the problem of low efficiency and high labor intensity in the process of secondary screening of chip components， the automatic testing technology of components has been studied，The automatic testing device of chip components is designed. The device is combined with the existing components and test equipment to construct the automatic test system of components， which realizes the semi - automatic testing of chip components.The test results of the chip components show that the test data obtained by the system are consistent with the test data of the existing methods and improve the test efficiency.

Key Words：chip components；secondary screening；automatic testingendprint