貼片機:把貼裝元器件放置在PCB焊盤的設備-中文百科頻道

概念

全自動貼片機是用來實現高速、高精度地全自動地貼放元器件的設備，是整個SMT生産中最關鍵、最複雜的設備。貼片機是SMT的生産線中的主要設備，貼片機已從早期的低速機械貼片機發展為高速光學對中貼片機，并向多功能、柔性連接模塊化發展。n

SONY索尼（日本）、Assembleon安比昂、Siemens西門子(德國)、Panasonic松下(日本)、FUJI富士(日本)、YAMAHA雅馬哈(日本)、JUKI(日本)、MIRAE(韓國)、SAMSUNG三星(韓國)、EVEST元利盛（中國台灣）、環球UNIVERSAL（美國）、等。

分類

貼片機的生産廠家很多，則種類也較多。貼片機的分類如下。

按速度分

中速貼片機

高速貼片機

超高速貼片機

特點：4萬片/h以上，采用旋轉式多頭系統。Assembleo-FCM型和FUJI-QP-132型貼片機均裝有16個貼片頭，其貼片速度分别達9.6萬片/h和12.7萬片/h。

按功能分

高速/超高速貼片機

特點：主要以貼片式元件為主體，貼片器件品種不多。

多功能貼片機

特點：能貼裝大型器件和異型器件。

按方式分

順序式貼片機

特點：它是按照順序将元器件一個一個貼到PCB上，通常見到的就是該類貼片機。

同時式貼片機

特點：使用放置圓柱式元件的專用料鬥，一個動作就能将元件全部貼裝到PCB相應的焊盤上。産品更換時，所有料鬥全部更換，已很少使用。

同時在線式貼片機

特點：由多個貼片頭組合而成，依次同時對一塊PCB貼片，assembleon-FCM就是該類。

自動化分

全自動機電一體化貼片機

特點：大部分貼片機就是該類。

手動式貼片機

特點：手動貼片頭安裝在Y軸頭部，X、Y、e定位可以靠人手的移動和旋轉來校正位置。主要用于新産品開發，具有價廉的優點。

原理

拱架型

元件送料器、基闆(PCB)是固定的，貼片頭(安裝多個真空吸料嘴)在送料器與基闆之間來回移動，将元件從送料器取出，經過對元件位置與方向的調整，然後貼放于基闆上。由于貼片頭是安裝于拱架型的X/Y坐标移動橫梁上，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)、激光識别、X/Y坐标系統調整位置、吸嘴旋轉調整方向，這種方法可實現飛行過程中的識别，但不能用于球栅列陳元件BGA。

3)、相機識别、X/Y坐标系統調整位置、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，進行成像識别，比激光識别耽誤一點時間，但可識别任何元件，也有實現飛行過程中的識别的相機識别系統，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，适于各種大小、形狀的元件，甚至異型元件，送料器有帶狀、管狀、托盤形式。适于中小批量生産，也可多台機組合用于大批量生産。

轉塔型

元件送料器放于一個單坐标移動的料車上，基闆(PCB)放于一個X/Y坐标系統移動的工作台上，貼片頭安裝在一個轉塔上，工作時，料車将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，将元件貼放于基闆上。

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)、相機識别、X/Y坐标系統調整位置、吸嘴自旋轉調整方向，相機固定，貼片頭飛行劃過相機上空，進行成像識别。

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至4個真空吸嘴(較早機型)至5至6個真空吸嘴(現有機型)。由于轉塔的特點，将動作細微化，選換吸嘴、送料器移動到位、取元件、元件識别、角度調整、工作台移動(包含位置調整)、貼放元件等動作都可以在同一時間周期内完成，所以實現真正意義上的高速度。目前最快的時間周期達到0.08至0.10秒鐘一片元件。

此機型在速度上是優越的，适于大批量生産，但其隻能用帶狀包裝的元件，如果是密腳、大型的集成電路(IC)，隻有托盤包裝，則無法完成，因此還有賴于其它機型來共同合作。這種設備結構複雜，造價昂貴，最新機型約在US$50萬，是拱架型的三倍以上。

構成

當前貼片機品種許多，但無論是全自動高速貼片機或是手動低速貼片機，它的全體布局均有類似之處。全自動貼片機是由計算機控制，集光機電氣一體的高精度自動化設備，首要由機架，PCB傳送及承載組織，驅動體系，定位及對中體系，貼裝頭，供料器，光學識别體系，傳感器和計算機控制體系組成，其經過汲取-位移-定位-放置等功用，完結了将SMD元件疾速而精确地貼裝。

機架

機架是機器的根底，一切的傳動，定位組織均和供料器均結實固定在它上面，因而有必要具有滿足的機械強度和剛性。當前貼片機有各種形式的機架，首要包含全體鑄造式和鋼闆燒焊式。第一種全體性強，剛性好，變形微小，作業時安穩，通常應用于高級機；第二種具有加工簡略，本錢較低的特點。機器詳細選用哪種布局的機架取決于機器的全體描繪和承重，運轉進程中應平穩，輕松，無震動感。

PCB傳送及承載組織

傳送組織是安放在導軌上的超薄型皮帶傳送體系，通常皮帶安裝在軌迹邊際，其作用是将PCB送到預訂方位，貼片後再将其送至下一道工序。傳送組織首要分為全體式和分段式兩種，全體式方法下PCB的進入，貼片和送出一直在同一導軌上，選用限位塊限位，定位銷上行定位，壓緊組織将PCB壓緊，支撐台闆上支撐杆上移支撐來完結PCB的定位固定。定位銷定位精度較低，需求高精度時也可選用光學體系，僅僅定位時刻較長。分段式通常分為三段，前一段擔任從上道技術接納PCB,中心一端擔任PCB定位壓緊，後一段擔任将PCB送至下一道工序，其長處是削減PCB傳送時間。

驅動體系

驅動體系是貼片機的要害組織，也是評價貼片機精度的首要目标，它包括XYZ傳動布局和伺服體系，功用包含支撐貼裝頭運動和支撐PCB承載平。

标準

主要性能

1、可貼裝元件的種類、規格、貼片方向、基闆尺寸、貼片範圍符合說明書指标；

2、貼片速度：以1608片狀元件測試CPH貼裝率不小于标稱的IPC9850速度的60%，或SPC速度不大于标稱速度的2倍；

3、飛片率不大于3‰。

操作系統

1、各種指示燈、按鍵、操作手柄外觀完整，操作、顯示正常；

2、計算機系統工作正常；

3、輸入輸出系統工作正常。

機械部分

1、各傳送皮帶、鍊條、連接銷杆完整，無老化損壞現象；

2、各傳動導軌、絲杠運轉平穩協調，無異常雜音，無漏油現象。

控制部分

1、驅動氣缸、電磁閥以及配管、連接頭無異物堵塞、無松動漏氣。驅動氣缸及電磁閥工作正常，無雜音；

2、壓縮空氣的幹燥過濾裝置齊全完好；

3、貼片頭真空度不小于500mmHg。

貼裝精度

即元件中心與對應焊盤中心線的最大偏移量，不超過元件焊腳寬度的1/3（目測）；或異常偏移發生率不大于3‰。

儀器、儀表外觀完好，指示準确，讀數醒目，在合格使用期限内；

設備内外定期保養，保持清潔，無油污，無鏽蝕，周圍附具備件等排列有序，設備潤滑良好。

專業術語

A至C

A字母開頭

Accuracy(精度)：測量結果與目标值之間的差額。

Additive Process(加成工藝)：一種制造PCB導電布線的方法，通過選擇性的在闆層上沉澱導電材料(銅、錫等)。

Adhesion(附着力)：類似于分子之間的吸引力。

Aerosol(氣溶劑)：小到足以空氣傳播的液态或氣體粒子。

Angle of attack(迎角)：絲印刮闆面與絲印平面之間的夾角。

Anisotropic adhesive(各異向性膠)：一種導電性物質，其粒子隻在Z軸方向通過電流。

Annular ring(環狀圈)：鑽孔周圍的導電材料。

Application specific integrated circuit (ASIC特殊應用集成電路)：客戶定做得用于專門用途的電路。

Array(列陣)：一組元素，比如：錫球點，按行列排列。

Artwork(布線圖)：PCB的導電布線圖，用來産生照片原版，可以任何比例制作，但一般為3:1或4:1。

Automated test equipment (ATE自動測試設備)：為了評估性能等級，設計用于自動分析功能或靜态參數的設備，也用于故障離析。

Automatic optical inspection (AOI自動光學檢查)：在自動系統上，用相機來檢查模型或物體。

B字母開頭

Ball grid array (BGA球栅列陣)：集成電路的包裝形式，其輸入輸出點是在元件底面上按栅格樣式排列的錫球。

Blind via(盲通路孔)：PCB的外層與内層之間的導電連接，不繼續通到闆的另一面。

Bond lift-off(焊接升離)：把焊接引腳從焊盤表面(電路闆基底)分開的故障。

Bonding agent(粘合劑)：将單層粘合形成多層闆的膠劑。

Bridge(錫橋)：把兩個應該導電連接的導體連接起來的焊錫，引起短路。

Buried via(埋入的通路孔)：PCB的兩個或多個内層之間的導電連接(即，從外層看不見的)。

C字母開頭

CAD/CAM system(計算機輔助設計與制造系統)：計算機輔助設計是使用專門的軟件工具來設計印刷電路結構；計算機輔助制造把這種設計轉換成實際的産品。這些系統包括用于數據處理和儲存的大規模内存、用于設計創作的輸入和把儲存的信息轉換成圖形和報告的輸出設備。

Capillary action(毛細管作用)：使熔化的焊錫，逆着重力，在相隔很近的固體表面流動的一種自然現象。

Chip on board (COB闆面芯片)：一種混合技術，它使用了面朝上膠着的芯片元件，傳統上通過飛線專門地連接于電路闆基底層。

Circuit tester(電路測試機)：一種在批量生産時測試PCB的方法。包括：針床、元件引腳腳印、導向探針、内部迹線、裝載闆、空闆、和元件測試。

Cladding(複蓋層)：一個金屬箔的薄層粘合在闆層上形成PCB導電布線。

Coefficient of the thermal expansion(溫度膨脹系數)：當材料的表面溫度增加時，測量到的每度溫度材料膨脹百萬分率(ppm)

Cold cleaning(冷清洗)：一種有機溶解過程，液體接觸完成焊接後的殘渣清除。

Cold solder joint(冷焊錫點)：一種反映濕潤作用不夠的焊接點，其特征是，由于加熱不足或清洗不當，外表灰色、多孔。

Component density(元件密度)：PCB上的元件數量除以闆的面積。

Conductive epoxy(導電性環氧樹脂)：一種聚合材料，通過加入金屬粒子，通常是銀，使其通過電流。

Conductive ink(導電墨水)：在厚膠片材料上使用的膠劑，形成PCB導電布線圖。

Conformal coating(共形塗層)：一種薄的保護性塗層，應用于順從裝配外形的PCB。

Copper foil(銅箔)：一種陰質性電解材料，沉澱于電路闆基底層上的一層薄的、連續的金屬箔，它作為PCB的導電體。它容易粘合于絕緣層，接受印刷保護層，腐蝕後形成電路圖樣。

Copper mirror test(銅鏡測試)：一種助焊劑腐蝕性測試，在玻璃闆上使用一種真空沉澱薄膜。

Cure(烘焙固化)：材料的物理性質上的變化，通過化學反應，或有壓/無壓的對熱反應。

Cycle rate(循環速率)：一個元件貼片名詞，用來計量從拿取、到闆上定位和返回的機器速度，也叫測試速度。

D至F

D字母開頭

Data recorder(數據記錄器)：以特定時間間隔，從着附于PCB的熱電偶上測量、采集溫度的設備。

Defect(缺陷)：元件或電路單元偏離了正常接受的特征。

Delamination(分層)：闆層的分離和闆層與導電複蓋層之間的分離。

Desoldering(卸焊)：把焊接元件拆卸來修理或更換，方法包括：用吸錫帶吸錫、真空(焊錫吸管)和熱拔。

Dewetting(去濕)：熔化的焊錫先複蓋、後收回的過程，留下不規則的殘渣。

DFM(為制造着想的設計)：以最有效的方式生産産品的方法，将時間、成本和可用資源考慮在内。

Dispersant(分散劑)：一種化學品，加入水中增加其去顆粒的能力。

Documentation(文件編制)：關于裝配的資料，解釋基本的設計概念、元件和材料的類型與數量、專門的制造指示和最新版本。使用三種類型：原型機和少數量運行、标準生産線和/或生産數量、以及那些指定實際圖形的政府合約。

Downtime(停機時間)：設備由于維護或失效而不生産産品的時間。

Durometer(硬度計)：測量刮闆刀片的橡膠或塑料硬度。

E字母開頭

Environmental test(環境測試)：一個或一系列的測試，用于決定外部對于給定的元件包裝或裝配的結構、機械和功能完整性的總影響。

Eutectic solders(共晶焊錫)：兩種或更多的金屬合金，具有最低的熔化點，當加熱時，共晶合金直接從固态變到液态，而不經過塑性階段。

F字母開頭

Fabrication()：設計之後裝配之前的空闆制造工藝，單獨的工藝包括疊層、金屬加成/減去、鑽孔、電鍍、布線和清潔。

Fiducial(基準點)：和電路布線圖合成一體的專用标記，用于機器視覺，以找出布線圖的方向和位置。

Fillet(焊角)：在焊盤與元件引腳之間由焊錫形成的連接。即焊點。

Fine-pitch technology (FPT密腳距技術)：表面貼片元件包裝的引腳中心間隔距離為0.025"(0.635mm)或更少。

Fixture(夾具)：連接PCB到處理機器中心的裝置。

Flip chip(倒裝芯片)：一種無引腳結構，一般含有電路單元。設計用于通過适當數量的位于其面上的錫球(導電性粘合劑所複蓋)，在電氣上和機械上連接于電路。

Full liquidus temperature(完全液化溫度)：焊錫達到最大液體狀态的溫度水平，最适合于良好濕潤。

Functional test(功能測試)：模拟其預期的操作環境，對整個裝配的電器測試。

G至R

G字母開頭

Golden boy(金樣)：一個元件或電路裝配，已經測試并知道功能達到技術規格，用來通過比較測試其它單元。

H字母開頭

Halides(鹵化物)：含有氟、氯、溴、碘或砹的化合物。是助焊劑中催化劑部分，由于其腐蝕性，必須清除。

Hard water(硬水)：水中含有碳酸鈣和其它離子，可能聚集在幹淨設備的内表面并引起阻塞。

Hardener(硬化劑)：加入樹脂中的化學品，使得提前固化，即固化劑。

I字母開頭

In-circuit test(在線測試)：一種逐個元件的測試，以檢驗元件的放置位置和方向。

J字母開頭

Just-in-time (JIT剛好準時)：通過直接在投入生産前供應材料和元件到生産線，以把庫存降到最少。

L字母開頭

Lead configuration(引腳外形)：從元件延伸出的導體，起機械與電氣兩種連接點的作用。

Line certification(生産線确認)：确認生産線順序受控，可以按照要求生産出可靠的PCB。

M字母開頭

Machine vision(機器視覺)：一個或多個相機，用來幫助找元件中心或提高系統的元件貼裝精度。

Mean time between failure (MTBF平均故障間隔時間)：預料可能的運轉單元失效的平均統計時間間隔，通常以每小時計算，結果應該表明實際的、預計的或計算的。

N字母開頭

Nonwetting(不熔濕的)：焊錫不粘附金屬表面的一種情況。由于待焊表面的污染，不熔濕的特征是可見基底金屬的裸露。

O字母開頭

Omegameter(奧米加表)：一種儀表，用來測量PCB表面離子殘留量，通過把裝配浸入已知高電阻率的酒精和水的混合物，其後，測得和記錄由于離子殘留而引起的電阻率下降。

Open(開路)：兩個電氣連接的點(引腳和焊盤)變成分開，原因要不是焊錫不足，要不是連接點引腳共面性差。

Organic activated (OA有機活性的)：有機酸作為活性劑的一種助焊系統，水溶性的。

P字母開頭

Packaging density(裝配密度)：PCB上放置元件(有源/無源元件、連接器等)的數量；表達為低、中或高。

Photoploter(相片繪圖儀)：基本的布線圖處理設備，用于在照相底片上生産原版PCB布線圖(通常為實際尺寸)。

Pick-and-place(拾取-貼裝設備)：一種可編程機器，有一個機械手臂，從自動供料器拾取元件，移動到PCB上的一個定點，以正确的方向貼放于正确的位置。

Placement equipment(貼裝設備)：結合高速和準确定位地将元件貼放于PCB的機器，分為三種類型：SMD的大量轉移、X/Y定位和在線轉移系統，可以組合以使元件适應電路闆設計。

R字母開頭

Reflow soldering(回流焊接)：通過各個階段，包括：預熱、穩定/幹燥、回流峰值和冷卻，把表面貼裝元件放入錫膏中以達到永久連接的工藝過程。

Repair(修理)：恢複缺陷裝配的功能的行動。

Repeatability(可重複性)：精确重返特性目标的過程能力。一個評估處理設備及其連續性的指标。

Rework(返工)：把不正确裝配帶回到符合規格或合約要求的一個重複過程。

Rheology(流變學)：描述液體的流動、或其粘性和表面張力特性，如，錫膏。

S至Z

S字母開頭

Saponifier(皂化劑)：一種有機或無機主要成份和添加劑的水溶液，用來通過諸如可分散清潔劑，促進松香和水溶性助焊劑的清除。

Schematic(原理圖)：使用符号代表電路布置的圖，包括電氣連接、元件和功能。

Semi-aqueous cleaning(不完全水清洗)：涉及溶劑清洗、熱水沖刷和烘幹循環的技術。

Shadowing(陰影)：在紅外回流焊接中，元件身體阻隔來自某些區域的能量，造成溫度不足以完全熔化錫膏的現象。

Silver chromate test(鉻酸銀測試)：一種定性的、鹵化離子在RMA助焊劑中存在的檢查。(RMA可靠性、可維護性和可用性)

Slump(坍落)：在模闆絲印後固化前，錫膏、膠劑等材料的擴散。

Solder bump(焊錫球)：球狀的焊錫材料粘合在無源或有源元件的接觸區，起到與電路焊盤連接的作用。

Solderability(可焊性)：為了形成很強的連接，導體(引腳、焊盤或迹線)熔濕的(變成可焊接的)能力。

Soldermask(阻焊)：印刷電路闆的處理技術，除了要焊接的連接點之外的所有表面由塑料塗層複蓋住。

Solids(固體)：助焊劑配方中，松香的重量百分比，(固體含量)

Solidus(固相線)：一些元件的焊錫合金開始熔化(液化)的溫度。

Statistical process control (SPC統計過程控制)：用統計技術分析過程輸出，以其結果來指導行動，調整和/或保持品質控制狀态。

Storage life(儲存壽命)：膠劑的儲存和保持有用性的時間。

Subtractive process(負過程)：通過去掉導電金屬箔或複蓋層的選擇部分，得到電路布線。

Surfactant(表面活性劑)：加入水中降低表面張力、改進濕潤的化學品。

Syringe(注射器)：通過其狹小開口滴出的膠劑容器。

T字母開頭

Tape-and-reel(帶和盤)：貼片用的元件包裝，在連續的條帶上，把元件裝入凹坑内，凹坑由塑料帶蓋住，以便卷到盤上，供元件貼片機用。

Thermocouple(熱電偶)：由兩種不同金屬制成的傳感器，受熱時，在溫度測量中産生一個小的直流電壓。

Type I, II, III assembly(第一、二、三類裝配)：闆的一面或兩面有表面貼裝元件的PCB(I)；有引腳元件安裝在主面、有SMD元件貼裝在一面或兩面的混合技術(II)；以無源SMD元件安裝在第二面、引腳(通孔)元件安裝在主面為特征的混合技術(III)。

Tombstoning(元件立起)：一種焊接缺陷，片狀元件被拉到垂直位置，使另一端不焊。

U字母開頭

Ultra-fine-pitch(超密腳距)：引腳的中心對中心距離和導體間距為0.010”(0.25mm)或更小。

V字母開頭

Vapor degreaser(汽相去油器)：一種清洗系統，将物體懸挂在箱内，受熱的溶劑汽體凝結于物體表面。

Void(空隙)：錫點内部的空穴，在回流時氣體釋放或固化前夾住的助焊劑殘留所形成。

Y字母開頭

Yield(産出率)：制造過程結束時使用的元件和提交生産的元件數量比率。

常見故障

為了能夠在現如今激烈的市場競争中赢得一席之地，電子産品制造廠商必須不斷地尋找一條能夠降低産品成本和産品導入市場的時間，與此同時又能夠不斷提升新産品質量的新路。此外還必須改善生産制造工藝和規程，電子産品制造廠商同樣也要促使半導體器件制造廠商将更多的功能溶入微型化尺寸的可編程集成電路（programmable integrated circuits 簡稱PIC）中去。于是，對于高端電子産品的設計和制造，走一條尺寸更小、功能更強和價格更低的道路在我們面前清晰地展示了出來。

在此背景下，現如今的可編程集成電路擁有很多的引腳、具有很強的功能，并且采用了具有創新意義的組裝形式。但是希望采用最新PIC器件的電子産品制造廠商必須克服在進行編程過程中所遇到的一些問題。簡單地說，為了能夠順利地對PCI器件進行編程，需要學習一些新的方法。福好運提供大陸JUKI貼片機技術支持。

1、行業的背景

對于PIC器件來說，以往普遍采用DIP、PLCC或者SOIC的封裝形式。然而，随着人們對緊湊型、高性能産品的需求增加，要求引入更為先進的PIC器件。現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，其所擁有的引腳數量範圍從44條一直可以達到超過800條以上。

由于非常多的引腳數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間距的封裝形式。微細間距的元器件所擁有的引腳非常脆弱，間距隻有0.508mm（20 mils）或者說間隙幾乎沒有。這樣人們就将目光瞄向了使用PIC器件來應對這一挑戰。具有高密度和高性能的PIC器件價格是很昂貴的，要求采用高質量的編程設備，需要擁有非常優異的過程控制，以求将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，微細間距元器件實際上肯定會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，那麼将可能導緻焊接點可靠性出現問題，會提升生産制造過程中的缺陷率。同樣，高密度的元器件實際上将化費較長的編程時間，這樣就會降低生産的效率。

2、在電路闆上的編程

先進的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？

為了能夠實現後者，制造廠商們最初開始采用闆上編程(on-board programming 簡稱OBP)的方式。OBP是一種簡單的方法，它是将PIC貼裝到印刷電路闆(printed circuit board 簡稱PCB)上以後再進行編程的。一般情況下在電路闆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内存（Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory簡稱EEprom）、基于EEprom的CPLD器件、基于EEprom的FPGA器件，以及内置閃存或者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的時候最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複雜，不太适合利用ATE針盤式夾具來進行編程。

一項基于IEEE規範原創開發的新型OBP技術可以支持測試，展現出充滿希望的前程。這項規範稱為IEEE 1149.1，它詳細規定了邊界掃描的一系列協議，目前用于許多PIC編程方法中。

如果電子産品制造商要使用IEEE 1149.1的編程方法時，他們所依賴的具有知識産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産權的本能，每個工具僅限于單個用戶所使用的器件。如果說在一塊電路闆上的PIC器件是由多個用戶所使用的話，這将是一個很大的缺陷。

總而言之，使用OBP方法可以消除掉手工操作器件和将編程溶入測試中去，以及制造生産緩慢的現象。然而，編程所需的時間可能也是緩慢的。

3、ATE針盤式編程

ATE設備最初的使用是用于對PCB組件進行在線測試，以求發現諸如走線開路、短路，元器件缺失和元器件排列不準等制造過程中所産生的缺陷。針盤式夾具是一種陣列配置，具有彈性荷載的測試端點，它可以在PCB和ATE測試設備的信号策動電路之間形成一種機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後，ATE測試設備的信号策動電路将會通過針盤式夾具和PCB，發送編程信号到目标器件PIC上面。除了對機械缺陷進行測試以外，ATE設備也能夠用于對PIC器件的編程操作。對元器件的編程和消除程序被嵌入到電路闆測試程序中去，從而用來對目标器件進行編程。

4、IEEE 1149.1邊界掃描編程

為了提升PCB組件的密度和複雜性，使電路闆和元器件的測試工作面臨着非常大的困難，尤其是對付空間受到限制的PCB組件。為了能夠有效的解決這一問題，一種邊界掃描測試協議(IEEE 1149.1)應運而生。

IEEE 1149.1測試标準能夠通過一台智能化外部設備，對在組裝的電路闆上的邏輯器件或者閃存器件進行編程。這種編程設備通過标準的測試訪問口(Test Access Port 簡稱TAP)與電路闆形成連接界面。所有這些需要采用JTAG硬件控制裝置、JTAG軟件系統、與JTAG兼容的PCB電路闆，和一個四線測試訪問口。

實現邊界掃描工作可以采用一種專業化的專用電路闆上編程設備，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測試設備上實現IEEE 1149.1邊界掃描編程工作。

采用IEEE标準的最大優點之一就在于，它可以對在同一塊PCB上由不同供應商提供的各種各樣的元器件進行編程。這樣就可以降低整個編程時間，簡化生産制造流程。

5、自動化編程（AP）設備

PIC技術不斷地向前發展，所以新的自動化編程設備和技術也保持着相同的發展步伐。舉例來說，Data I/O''s ProMaster 970自動化微細間距編程設備能夠對采用先進封裝形式的PIC器件進行編程，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備的工作效率。該編程設備也可以進一步涉及有關器件的質量控制。舉例來說，共平面性問題和引腳的損傷實際上是不會存在的，因為集成了激光視覺系統，所以能夠确保非常精确的器件貼裝。

因為有着多種編程接口和PNP器件的配置，自動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計的，不是為了對電路闆或者說功能進行測試的，所以它們可以提供非常好的編程質量。

微細間距的PIC器件可能是非常貴的，所以如果能降低其在生産制造過程中的損傷率，将極大的提升制造商的盈虧平衡點。能夠适用于大多數元器的自動編程系統也是非常靈活的，可以适應于先進封裝器件形式。由于能夠将高生産率、高質量和靈活性綜合在一起，導緻了每個器件最低可得到的編程價格常常低于ATE編程價格的20%。

6、選擇編程的策略

生産部門的負責人常常會考慮采用編程的不同方式，他們會問：“采用何種編程方式對我來說是最适合的呢？”沒有一種可以滿足所有的應用事例的答案。他們權衡的内容一般會包含有：所采用的解決方案對生産效率、生産線使用的計劃安排、PCB的價格、工藝控制問題、缺陷率水平、供應商的管理、主要設備的成本以及存貨的管理是否會帶來沖擊。

7、對生産效率帶來的沖擊

ATE編程會降低生産效率，這是因為為了能夠滿足編程的需要，要增加額外的時間。舉例來說，如果為了檢查制造過程中所出現的缺陷現象，需要化費15秒的時間進行測試，這時可能需要再增加5秒鐘用來對該元器件進行編程。ATE所起到的作用就像是一台非常昂貴的單口編程器。同樣，對于需要化費較長時間編程的高密度閃存器件和邏輯器件來說，所需要的總的測試時間将會更長，這令人頭痛。

因此，當編程時間與電路闆總的測試時間相比較所占時間非常小的時候，ATE編程方式是性價比最好的一種方式。為了提高生産率，以求将較長的編程時間降低到最低的限度，ATE編程技術可以與闆上技術相結合使用，例如：邊界掃描或者說具有專利的衆多方法中的一種。

還有一種解決方案是在電路闆進行測試的時候，僅對目标器件的boot碼進行編程處理。器件餘下的編程工作在處于不影響生産率的時候才進行，一般來說是在設備進行功能測試的時候。然而，除非超過了ATE的能力，功能測試的能力是足夠的，對于高密度器件來說性能價格比最好的編程方法是一種自動化的編程設備。舉例來說：ProMaster 970設備配置有12個接口，每小時能夠對600個8兆閃存進行編程和激光标識。與此形成對照的是，ATE或者說功能測試儀将化費60至120小時來完成這些編程工作。

8、生産線使用計劃安排

由于電子産品愈來愈複雜和先進，所以對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。這些先進的元器件在OBP的環境之中，常常要求化費較長的編程時間，這樣就直接降低了産品的生産效率。

同樣，由不同的半導體器件制造商所提供的相同密度的元器件，在進行編程的時候所化費的時間差異是非常大的，一般來說具有最快編程速度的元器件，價格也是最貴的。所以人們在考慮是否支付更多的錢給具有快速編程能力的元器件時，面臨着兩難的選擇是提升生産率和降低設備的成本，還是采用具有較慢編程時間的便宜元器件，并由此忍受降低生産率的苦惱。

此外，制造廠商必須記住，為了能夠對付在短期内出現的大量産品需求，他們不可能依賴采用最适用的半導體器件。缺少可獲得最佳的元器件，會迫使制造廠商重新選擇可替換的編程元器件，每個元器件具有不同的編程時間、價格和可獲性。對于OBP來說，這種情形對于實行有效的生産線計劃安排顯然是相當困難的。

因為自動編程擁有比單接口OBP解決方案快捷的優勢，所以對編程時間變化的影響可以完全不顧。同樣，由于自動編程方案一般支持來自于不同供應廠商的數千款元器件，可以緩解使用替代元器件所産生的問題。

9、PCB的費用

近年來，對先進PIC的編程和測試需求有了令人矚目的增長。這是因為芯片供應商使用新的矽技術來創建具有最高速度和性能的元器件。認真仔細的程序設計必須考慮到傳輸線的有效性問題、信号線的阻抗情況、引針的插入，以及元器件的特性。如果不是這樣的話，問題可能會接二連三的發生，其中包括：接地反射（ground bounce）、交擾和在編程期間發生信号反射現象。

自動化高質量的編程設備通過良好的設計，可以将這些問題降低到最小的程度。為了能夠進行ATE編程，PCB設計師必須對付周邊的電路、電容、電阻、電感、信号交擾、Vcc和Gnd反射、以及針盤夾具。所有這一切将極大的影響到進行編程時的産量和質量。因為增加了對電路闆的空間需求，以及分立元器件（接線片、FET、電容器）和增加對電源供電能力的需求，從而最終增加了PCB的成本。盡管每一塊電路闆是不同的，PCB的價格一般會增加2%到10%。

10、編程規則系統的選擇

許多電子産品制造廠商還沒有認識到閃存、CPLD和FPGA器件仍然要求采用編程規則系統（programming algorithms）。每一個元器件是不同的，在不同半導體供應商之間編程規則是不能交換的。因此，如果他們要使用ATE編程方式，測試工程師必須對每一個元器件和所有的可替換供應商（現在的和未來的）寫下編程規則系統。

如果說使用了不正确的規則系統将會導緻在編程期間或者電路闆測試期間，以及當用戶擁有該産品時面臨失敗（這是所有情形中最壞的現象）。最難對付的事情是，半導體供應商為了能夠提高産量、增加數據保存和降低制造成本，時常變更編程規則。所以即使今天所編寫的編程規則系統是正确的，很有可能不久該規則就要變化了。另外，不管是ATE供應商，還是半導體供應商當規則系統發生變化的時候都不會及時與用戶接觸。

11、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詳細了解編程硬件和軟件，以及對于可以用于編程的元器件的專業知識。為了能夠正确的創建編程規則，測試工程師必須仔細了解有關PIC編程、消除規則系統和查證規則系統的知識。但不幸的是，這種知識範圍一般超出了測試工程師的專業範圍，一項錯誤将會招至災難性的損失。

測試工程師現在對所涉及的編程問題，也必須有及時的了解，諸如：元器件的價格和可獲性、所增加的元器件密度、測試的缺陷率、現場失效率，以及與半導體供應廠商保持經常性的溝通。

同樣，由于半導體供應商或者說ATE供應商将不會對編程的結果負責，解決有關編程器件問題的所有責任完全落在了測試工程師的肩上。

舉例來說，如果失效是由于可編程控量突然增加，測試工程師必須首先确定問題的根源，然後着手解決這個問題。如果說這個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PCB設計所引起的，或者說是因為測試夾具所引起的呢？

這些複雜的問題可能需要化費數周的時間去分解和解決，與此同時生産線隻能夠停頓下來待命。

與此形成對照的是，在器件編程領域處于領先位置的公司将直接與半導體供應廠商一起合作，來解決編程設備中所存在的問題，或者說自己設計設備，所以能夠較快的識别問題的根源。

12、産出率

一個經過良好設計的編程設備能夠提供優化的編程環境，并且能夠确保最大可能的産量。然而，在編程過程中存在着很小比例的器件将會失效。不同的半導體供應商之間的這個比例是不同的，編程産出率的範圍将會在99.3%到99.8%之間。自動化的編程設備被設計成能夠識别這些缺陷，于是在PCB實施裝配以前就可以将失效的元器件捕捉出來，從而實現将次品率降低到最小的目的。經過比較，編程的失效率一般會高于在ATE編程環境中的。

對于制造廠商而言如果能夠事先發現問題，可以在長期的經營中減少成本支出。編程設備不僅可以擁有較低的PIC失效率，它們經過設計也可以發現編程有缺陷的PIC器件。在現實環境中作為目标的PIC器件被溶入在PCB的設計中，設計成能夠扮演另外一個角色的作用（電話、傳真、掃描儀等等），作為一種專門的編程設備可以簡單地做這些事情，而無需提供相同質量的編程環境。

13、供應商的管理

ATE編程潛在的可能是鎖定一個供應商的可編程元器件。由于ATE要求認真仔細的PCB設計，以及為了能夠滿足每一個不同的PIC使用需要專用的軟件，随後所形成的元器件變更工作将會是成本非常高昂的，同時又是很花時間的。通過具有知識産權的一系列協議方法，可以讓數家半導體供應商一起工作，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體供應商所提供的元器件。然而，自動化編程設備可以最大靈活地做這些事情。借助于從不同的供應商處獲得的數千個PIC器件的常規器件支持，他們能夠非常靈活地保持與客戶需求變化相同的步伐。

14、主要設備的費用

取決于使用ATE的百分比以及對生産率的要求，為了實現PIC編程可能會要求增添ATE設備。關于ATE價格的範圍從15萬美元至40萬美元不等，購置一台新的設備或者更新現有的設備使之适合于編程的需要是非常昂貴的事情。一種方式是使用一台AP設備來提供編程元器件到多條生産線上。這種做法可以降低ATE的利用率，從而降低設備方面的投資。

15、結束語

通過選擇正确的設備以及挑選最有效的編程方式來滿足特殊的應用需求，制造廠商能夠實現高質量、低成本和縮短産品進入市場的時間，以适應現如今激烈的市場競争局面。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點和缺點，所以對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将需要評估不同的編程解決方案對生産效率、生産線的計劃調度、PCB的價格、工藝過程控制、客戶管理和主要設備的價格等所帶來的沖擊。最全面的解決方案可能是一種綜合了自動化編程、ATE和IEEE邊界掃描編程方法的組合體。