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貼片機在電路板上的編程
的PIC器件的使用者會面臨一項困難的選擇:是冒遭受質量問題的風險,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?
為了能夠實現后者,制造廠商們初開始采用板上編程(on-board programming 簡稱OBP)的方式。OBP是一種簡單的方法,它是將PIC貼裝到印刷電路板(printed circuit board 簡稱PCB)上以后再進行編程的。一般情況下在電路板上進行測試或者說進行功能測試。閃存、電子式可清除程序化唯讀內存(Electrically Erasable ProgrammableRead-Only Memory簡稱EEprom)、基于EEprom的CPLD器件、基于EEprom的FPGA器件,以及內置閃存或者EEprom的微型控制器,所有這些元器件均采用OBP形式進行編程。
為了能夠滿足閃存和微型控制器的使用要求,在實施OBP的時候常用的方法就是借助于針盤式夾具(bed-of-nails fixture),使用自動測試設備(automatic test equipment 簡稱ATE)編程。對于邏輯器件來說進行編程頗為復雜,不太適合利用ATE針盤式夾具來進行編程。
一項基于IEEE規范原創開發的新型OBP技術可以支持測試,展現出充滿希望的前程。這項規范稱為IEEE 1149.1,它詳細規定了邊界掃描的一系列協議,已經用于許IC編程方法中。
如果電子產品制造商要使用IEEE 1149.1的編程方法時,他們所依賴的具有知識產權保護的工具主要是由各種各樣的半導體制造廠商所提供。但是使用他們的工具進行編程非常慢。同樣,因為他們出于保護知識產權的本能,每個工具于單個用戶所使用的器件。如果說在一塊電路板上的PIC器件是由多個用戶所使用的話,這將是一個很大的缺陷。
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試中去,以及制造生產緩慢的現象。然而,編程所需的時間可能也是緩慢的。
貼片機轉塔型
元件送料器放于一個單坐標移動的料車上,基板(PCB)放于一個X/Y坐標系統移動的工作臺上,貼片頭安裝在一個轉塔上,工作時,料車將元件送料器移動到取料位置,貼片頭上的真空吸料嘴在取料位置取元件,經轉塔轉動到貼片位置(與取料位置成180度),在轉動過程中經過對元件位置與方向的調整,將元件貼放于基板上。
對元件位置與方向的調整方法:
相機識別、X/Y坐標系統調整位置、吸嘴自旋轉調整方向,相機固定,貼片頭飛行劃過相機上空,進行成像識別。
一般,轉塔上安裝有十幾到二十幾個貼片頭,每個貼片頭上安裝2~4個真空吸嘴(較早機型)至5~6個真空吸嘴(現有機型)。由于轉塔的特點,將動作細微化,選換吸嘴、送料器移動到位、取元件、元件識別、角度調整、工作臺移動(包含位置調整)、貼放元件等動作都可以在同一時間周期內完成,所以實現真正意義上的高速度。快的時間周期達到0.08~0.10秒鐘一片元件。
此機型在速度上是優越的,適于大批量生產,但其只能用帶狀包裝的元件,如果是密腳、大型的集成電路(IC),只有托盤包裝,則無法完成,因此還有賴于其它機型來共同合作。這種設備結構復雜,造價昂貴,機型約在US$50萬,是拱架型的三倍以上。
中科院合肥物質科學研究院制造技術研究所承擔的“LED貼片機”項目,突破了高速運動下定位、多軸協同運動控制以及自動拾取校正等核心關鍵技術,已進入小試階段。
該貼片機是受委托專為LED行業研發,可滿足LED照明業者生產的彈性需求,適用生產產品有標準的600/1200的LED日光燈管(T8、T5),涵蓋所有LED相關產品如LED車燈、軟管、天井燈等。同時貼片機提供高彈性編程能力,以便操作者根據不同的BIN值的LED元件調整貼裝模式,確保終端產品的均光性。
此機器針對不同元件特性,采用材質吸嘴,耐磨性高并附有彈片設計,減少貼裝時對LED表面沖擊力,也可貼裝一般RC或SOP電子元件,貼裝元件范圍為0805~24*18,貼裝速度達8000CPH,是一款具有高性價比的全自動貼片機。
通過項目的研發,科技人員在精密設備設計制造、多軸協同控制及系統集成方面積累了寶貴經驗,為高速高精密貼片機研發奠定了基礎。
貼片機原理
拱架型
元件送料器、基板(PCB)是固定的,貼片頭(安裝多個真空吸料嘴)在送料器與基板之間來回移動,將元件從送料器取出,經過對元件位置與方向的調整,然后貼放于基板上。由于貼片頭是安裝于拱架型的X/Y坐標移動橫梁上,所以得名。
拱架型貼片機對元件位置與方向的調整方法:
1)、機械對中調整位置、吸嘴旋轉調整方向,這種方法能達到的精度有限,較晚的機型已再不采用。
2)、激光識別、X/Y坐標系統調整位置、吸嘴旋轉調整方向,這種方法可實現飛行過程中的識別,但不能用于球柵列件BGA。
3)、相機識別、X/Y坐標系統調整位置、吸嘴旋轉調整方向,一般相機固定,貼片頭飛行劃過相機上空,進行成像識別,比激光識別耽誤一點時間,但可識別任何元件,也有實現飛行過程中的識別的相機識別系統,機械結構方面有其它犧牲。
這種形式由于貼片頭來回移動的距離長,所以速度受到限制。一般采用多個真空吸料嘴同時取料(多達上十個)和采用雙梁系統來提高速度,即一個梁上的貼片頭在取料的同時,另一個梁上的貼片頭貼放元件,速度幾乎比單梁系統快一倍。但是實際應用中,同時取料的條件較難達到,而且不同類型的元件需要換用不同的真空吸料嘴,換吸料嘴有時間上的延誤。
這類機型的優勢在于:系統結構簡單,可實現高精度,適于各種大小、形狀的元件,甚至異型元件,送料器有帶狀、管狀、托盤形式。適于中小批量生產,也可多臺機組合用于大批量生產。
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