基于AT89C52單片機的噴射點膠控制系統

丁爭榮，陶 凱，鄧圭玲

（中南大學 復雜裝備設計與極端制造教育部重點實驗室，長沙 410083）

0 引言

點膠是以一種受控的方式對流體進行精確分配的過程，在電子制造業中被廣泛用于各種封裝過程，如高級集成電路封裝(AICE)和表面貼裝(SMT)。微電子封裝對點膠的性能要求非?？量?，不僅要求點出的流體一致性好，而且速度需要達到每小時45000點以上。噴射點膠技術具有傳統接觸式布膠所不具備的點膠速度快、生產效率高等優點，被認為是下一代膠液分配技術[1]，近幾年在微電子封裝領域受到極大的青睞。

在現有技術領域中，用于微電子封裝的噴射點膠設備主要以氣動-彈簧驅動膠液噴射裝備為主。由于噴射點膠技術更多的用于微量點膠過程，通常一個點膠周期中正向氣壓作用時間很短，一般只有幾十毫秒。Windows系統可以通過本身所帶的函數timeSetEvent()設置的定時器定時，精度可達到1ms。但在Microsoft公司出版的書中指出，這些函數在芯片中實際應用的精度為10ms[2]以上。因此，WINDOWS系統本身的定時器的精度無法達到高速點膠所需的要求，在基于DMC1840運動控制卡的精密點膠平臺中，利用VC6.0作為第三方編程軟件，定時間隔低于55ms時誤差較大。為解決定時問題，我們利用單片機定時精度較高的優點，開發了基于單片機的噴射點膠控制系統。

1 噴射點膠系統總體方案設計

典型的噴射點膠系統的主要由下面幾部分組成：氣源設備、氣源處理元件、壓力控制閥、潤滑元件、方向控制閥、控制系統、點膠閥、連接氣管，以及膠液試管。本系統的構建如圖1所示，其基本操作過程為：空壓機產生壓縮空氣，經過三聯件、氣管，然后通過調壓閥和二位三通高速電磁閥作用到噴射點膠閥，通過精密調壓閥作用到試管腔?？刂葡到y通過設定電磁閥的通斷時間(即點膠時間)來調節點膠閥噴嘴處流出的流體體積大小。

噴射點膠的工作原理[3]：在控制系統的電信號作用下，電磁閥開啟；氣體壓力將點膠閥內的活塞帶動噴針頂起；高壓空氣驅使膠液充滿膠液腔。定時過后，氣動電磁閥關閉，彈簧力使活塞和噴針向下運動，噴針末端與基座碰撞，流動的膠液被切斷，球面以下的膠液部分在噴嘴出口處克服表面張力噴射出來，形成膠滴。噴針在最低位置停留一段時間，然后開始下一個運動周期。圖2中噴針位于最高位置。

由于點膠過程持續較短，電磁閥只能夠實現開關動作，因此要提高系統精度，只有通過提高控制系統定時精度以及減少電磁閥的動作誤差等方法來實現。由于單片機定時誤差較小，在噴射點膠的定時控制中可以忽略；同時，單片機系統結構簡單，工作可靠，適合用作噴射點膠的控制系統。

2 噴射點膠控制系統硬件設計

噴射點膠控制系統的硬件組成框圖如圖3所示。

本系統采用AT89C52單片機作為微處理器，對噴射點膠的整個過程進行控制[4]。通過設定控制系統輸出的頻率和脈沖寬度，直接控制點膠閥的時間參數。

除AT89C52最小系統外，單片機控制系統還包括兩個四位數碼管顯示和按鈕控制等。該控制系統設置了四個按鈕，分別用來實現復位、模式切換、參數設置等功能。

2.1 最小應用系統電路

單片機的最小應用系統電路指的是它可以正常工作的最簡單電路組成。它包含供電電路、程序存儲器選擇電路、時鐘電路和復位電路等。

2.2 按鍵輸入電路

采用獨立式按鍵結構，S0-S2 由P2口 (P2.3～P2.5)輸入，分別定義為MODE、T、N，可實現頻率設定和脈沖寬度設定。頻率及脈沖寬度的設定采用奇偶數循環輸入方式，即第一次按MODE鍵設置設定頻率，設置結束返回；再一次按MODE鍵設置脈沖寬度，每次返回前更改標志位。另外兩個按鈕分別是十位和個位控制按鈕，可以方便的設定和修改參數。

2.3 輸出驅動電路

P2.7用于輸出，脈沖信號經光耦隔離，DC放大板放大后控制電磁閥的通斷，進而控制點膠閥的工作，輸出信號高電平有效。

2.4 復位電路

對于AT89C52芯片，如果引腳RST保持24個時鐘周期的高電平，單片機就可以完成復位。通常為了保證應用系統可靠地復位，復位電路應使引腳RST保持10ms以上的高電平。當引腳RST從高電平變為低電平時，單片機退出復位狀態，從程序空間的0000H地址開始執行用戶程序。完成復位還影響一些特殊功能存儲器的初始狀態。

2.5 顯示電路

數碼管驅動電路采用三極管驅動。該顯示電路是用兩個四位共陽數碼管顯示，使用8550號PNP三極管驅動，單片機P0端口接數碼管段碼，P1端口接數碼管位碼，通過位碼掃描顯示相應的數據。當系統處于設置狀態，按T、N鍵時，相應的顯示會隨著按的次數在0～9之間循環改變，也可以得到我們需要的數據。

3 控制系統軟件設計

系統軟件采用Keil-C51語言編程，采用模塊化的設計方法，包括主程序、 中斷子程序與顯示子程序等幾部分。主程序完成系統的初始化，并同時包括調用中斷子程序在內的各子程序，共同完成按鍵輸入、按鍵識別和按鍵輸入、PWM脈寬控制和數碼管顯示等功能[5]。

4 實驗及結果分析

通過單片機軟件模擬平臺KeilC51和硬件模擬平臺Proteus的模擬仿真運行，結果顯示，單片機控制系統軟件程序效率高、定時精確、實時性好；單片機硬件系統的鍵盤顯示器能快速響應輸入與顯示。

利用Protel進行電路原理圖設計并制作PCB板，將其應用于噴射點膠系統。利用示波器觀測電磁閥在點膠時兩端的電壓波形，實驗結果表明脈沖頻率在1～99HZ可調，高電位時間在0～99ms可調，系統定時精確，誤差在百分之一之內。

5 結論

將單片機控制系統集成到精密點膠平臺，可以使平臺實現精確的點膠定時循環，從而完善平臺的噴射點膠功能。該設備在現場調試成功，并已得到初步認可，并為進一步的點膠實驗提供了條件。

[1] H.Quinones,A.Babiarz,C.Deck.Fluid jetting for next generation packages,Pac tech,Berlin,April 2002.

[2] 沈正湘.微電子封裝中點膠控制系統及其性能控制研究[D].華中科技大學,2005: 20-22.

[3] 陳奎宇.噴射分配膠液累積體積及其速度參數影響規律[D].中南大學,2007:21-22.

[4] 李朝青.單片機原理及接口技術(第三版)[M].北京:北京航空航天大學出版社,2004.

[5] 周航慈.單片機程序設計基礎(修訂版)[M].北京:北京航空航天大學出版社,2004.