松下設(shè)備

為了能夠在現(xiàn)如今激烈的市場競爭中贏得一席之地，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)入市場的時間，與此同時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間

integrated circuits簡稱PIC）中去。于是，對于高端電子產(chǎn)品的設(shè)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(xiàn)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(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(xué)習一些新的方法。福好運提供大陸JUKI貼片機技術(shù)支持。

行業(yè)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，隨著人們對緊湊型、高性能產(chǎn)品的需求增加，要求引入更為先進的PIC器件?，F(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)對這一挑戰(zhàn)。

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(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，那么將可能導(dǎo)致焊接點可靠性出現(xiàn)問題，會提升生產(chǎn)制造過程中的缺陷率。同樣，高密度的元器件實際上將化費較長的編程時間，這樣就會降低生產(chǎn)的效率。

在電路板上的編程

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(zhì)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?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(nèi)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(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(shè)備(automatic test equipment

簡稱ATE)編程。對于邏輯器件來說進行編程頗為復(fù)雜，不太適合利用ATE針盤式夾具來進行編程。

一項基于IEEE規(guī)范原創(chuàng)開發(fā)的新型OBP技術(shù)可以支持測試，展現(xiàn)出充滿希望的前程。這項規(guī)范稱為IEEE

1149.1，它詳細規(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，他們所依賴的具有知識產(chǎn)權(quán)保護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行編程非常慢。同樣，因為他們出于保護知識產(chǎn)權(quán)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(chǎn)緩慢的現(xiàn)象。然而，編程所需的時間可能也是緩慢的。

ATE針盤式編程

ATE設(shè)備最初的使用是用于對PCB組件進行在線測試，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，具有彈性荷載的測試端點，它可以在PCB和ATE測試設(shè)備的信號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后，ATE測試設(shè)備的信號策動電路將會通過針盤式夾具和PCB，發(fā)送編程信號到目標器件PIC上面。除了對機械缺陷進行測試以外，ATE設(shè)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板測試程序中去，從而用來對目標器件進行編程。

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試工作面臨著非常大的困難，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(xié)議(IEEE的

1149.1)應(yīng)運而生。

IEEE 1149.1測試標準能夠通過一臺智能化外部設(shè)備，對在組裝的電路板上的邏輯器件或者閃存器件進行編程。這種編程設(shè)備通過標準的測試訪問口(Test

Access Port

簡稱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，和一個四線測試訪問口。

實現(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測試設(shè)備上實現(xiàn)IEEE 1149.1邊界掃描編程工作。

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

自動化編程（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自動化微細間距編程設(shè)備能夠?qū)Σ捎孟冗M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求

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(shè)備的工作效率。該編程設(shè)備也可以進一步涉及有關(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際上是不會存在的，因為集成了激光視覺系統(tǒng)，所以能夠確保非常精確的器件貼裝。

因為有著多種編程接口和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(shè)計的，不是為了對電路板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(zhì)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。能夠適用于大多數(shù)元器的自動編程系統(tǒng)也是非常靈活的，可以適應(yīng)于先進封裝器件形式。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)致了每個器件最低可得到的編程價格常常低于ATE編程價格的20%。

選擇編程的策略

生產(chǎn)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)容一般會包含有：所采用的解決方案對生產(chǎn)效率、生產(chǎn)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(yīng)商的管理、主要設(shè)備的成本以及存貨的管理是否會帶來沖擊。

對生產(chǎn)效率帶來的沖擊

ATE編程會降低生產(chǎn)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(xiàn)的缺陷現(xiàn)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臺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將會更長，這令人頭痛。因此，當編程時間與電路板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。為了提高生產(chǎn)率，以求將較長的編程時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行測試的時候，僅對目標器件的boot碼進行編程處理。器件余下的編程工作在處于不影響生產(chǎn)率的時候才進行，一般來說是在設(shè)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(shè)備。舉例來說：ProMaster和

970設(shè)備配置有12個接口，每小時能夠?qū)?00個8兆閃存進行編程和激光標識。與此形成對照的是，ATE或者說功能測試儀將化費60至120小時來完成這些編程工作。

生產(chǎn)線使用計劃安排

由于電子產(chǎn)品愈來愈復(fù)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(huán)境之中，常常要求化費較長的編程時間，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產(chǎn)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(yōu)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(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的費用

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(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。認真仔細的程序設(shè)計必須考慮到傳輸線的有效性問題、信號線的阻抗情況、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(fā)生，其中包括：接地反射（groundA

bounce）、交擾和在編程期間發(fā)生信號反射現(xiàn)象。

自動化高質(zhì)量的編程設(shè)備通過良好的設(shè)計，可以將這些問題降低到最小的程度。為了能夠進行ATE編程，PCB設(shè)計師必須對付周邊的電路、電容、電阻、電感、信號交擾、Vcc和Gnd反射、以及針盤夾具。所有這一切將極大的影響到進行編程時的產(chǎn)量和質(zhì)量。因為增加了對電路板的空間需求，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的價格一般會增加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識到閃存、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，測試工程師必須對每一個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)將會導(dǎo)致在編程期間或者電路板測試期間，以及當用戶擁有該產(chǎn)品時面臨失?。ㄟ@是所有情形中最壞的現(xiàn)象）。最難對付的事情是，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)商當規(guī)則系統(tǒng)發(fā)生變化的時候都不會及時與用戶接觸。

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(yè)知識。為了能夠正確的創(chuàng)建編程規(guī)則，測試工程師必須仔細了解有關(guān)PIC編程、消除規(guī)則系統(tǒng)和查證規(guī)則系統(tǒng)的知識。但不幸的是，這種知識范圍一般超出了測試工程師的專業(yè)范圍，一項錯誤將會招至災(zāi)難性的損失。

測試工程師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(xiàn)場失效率，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)商將不會對編程的結(jié)果負責，解決有關(guān)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確定問題的根源，然后著手解決這個問題。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(shè)計所引起的，或者說是因為測試夾具所引起的呢？

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

與此形成對照的是，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)計設(shè)備，所以能夠較快的識別問題的根源。

產(chǎn)出率

一個經(jīng)過良好設(shè)計的編程設(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失效。不同的半導(dǎo)體供應(yīng)商之間的這個比例是不同的，編程產(chǎn)出率的范圍將會在99.3%到99.8%之間。自動化的編程設(shè)備被設(shè)計成能夠識別這些缺陷，于是在PCB實施裝配以前就可以將失效的元器件捕捉出來，從而實現(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高于在ATE編程環(huán)境中的。

對于制造廠商而言如果能夠事先發(fā)現(xiàn)問題，可以在長期的經(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)計也可以發(fā)現(xiàn)編程有缺陷的PIC器件。在現(xiàn)實環(huán)境中作為目標的PIC器件被溶入在PCB的設(shè)計中，設(shè)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(shè)備可以簡單地做這些事情，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供應(yīng)商的可編程元器件。由于ATE要求認真仔細的PCB設(shè)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，隨后所形成的元器件變更工作將會是成本非常高昂的，同時又是很花時間的。通過具有知識產(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)備的費用

取決于使用ATE的百分比以及對生產(chǎn)率的要求，為了實現(xiàn)PIC編程可能會要求增添ATE設(shè)備。購置一臺新的設(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)品進入市場的時間，以適應(yīng)現(xiàn)如今激烈的市場競爭局面。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將需要評估不同的編程解決方案對生產(chǎn)效率、生產(chǎn)線的計劃調(diào)度、PCB的價格、工藝過程控制、客戶管理和主要設(shè)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。