TO-252晶體管全自動測試/打標分選機設計

馬利年，李偉民

（汕頭市宇信科技有限公司，廣東 汕頭 515041）

1 引言

TO-252晶體管與普通的TO-251晶體管的區別在于產品的管腳外型上，TO-252晶體管管腳經過了整型。在應用上，TO-251晶體管應用于直插式電路板上，而TO-252晶體管則應用于貼片封裝的電路板上。因此TO-252晶體管在產品的制造過程中，必須避免產品管腳變形，以確保產品與電路板的焊接良好。TO-252晶體管管腳整型后，中間腳長度約為0.8mm～1.0mm左右，因此，采用傳統的國內下落式軌道送料的測試分選機進行產品測試時，往往由于測試夾具與產品管腳接觸不良，容易造成電參數測試誤測。針對以上管腳變形和測試誤測兩個關鍵問題，筆者所在公司與某半導體廠家合作，研制出目前國內最為先進的自由下落式軌道送料的TO-252全自動測試、打標分選機，成功解決了上述難題。性能達到國內客戶需求，價格遠遠低于進口設備。

2 主要技術參數

工作方式：管條對管條系統。

控制系統：專業工控機。

適用器件：TO-252等。

測試工位：3個。

打標工位：1個。

刷灰工位：1個（可選）。

VISION工位：2個。

分BIN數量：15或11。

UPH：>6K（含200ms測試時間）。

動力要求：

（1）電源：AC220V，50Hz，單相，功率 2kW；

（2）氣體：4.5kg·cm-2以上（干凈氣體）。

3 全自動測試分選機結構及功能

3.1 機械手機械結構

圖1 TO-252晶體管全自動測試分選機機械圖

機械手機械結構如圖1所示。由進料部分、斜軌道與產品換向部分，測試、打標、外觀檢驗部分，分檔出料部分組成。實現管條進料、管條出料的產品測試、打標、外觀檢測、分檔和裝管的一條龍全自動作業。

3.2 各部分功能介紹

進料部分主要由進料槽、推管機構、翻轉機構等組成。完成將料管中產品自動送到斜軌道的送料功能，進料槽可容納約30條待測產品管條。

斜軌道與產品換向部分主要由斜軌道、分管機構、換向與旋轉機構組成。斜軌道起到產品緩沖作用；分管機構保證了斜軌道產品每次最多送兩只產品進入換向與旋轉機構；換向與旋轉機構通過旋轉電機將產品換向后送入測試軌道。

測試、打標、外觀檢驗部分如圖2所示，由測試軌道、測試頂針機構、測試爪機構、測試推管機構、外部設備（測試機、打標機、外觀檢測系統）等組成。

測試頂針機構起到分管送料作用，保證了產品每次只有一只進入測試站。

測試推管機構的作用是將產品推向軌道外側，讓產品引腳盡量外露，保證測試夾具（金手指）能與引腳接觸良好，避免產品電特性誤測；同時由于TO-252晶體管的中間腳長度只有0.8mm左右，測試夾具（金手指）難以保證產品的中間腳接觸良好，但由于推管機構的金屬片與產品的散熱片（與中間腳相連通）接觸良好，因而推管機構的金屬片便可作為測試夾具的一部分使用，從而解決了因金手指與中間腳接觸不良引起的電特性誤測難題。

測試抓機構實現測試夾具（金手指）與產品引腳（第1、第3腳）良好接觸，保證產品電參性測試的準確性。

測試頂針機構由氣缸與頂針組件構成。氣缸牽動頂針來回運行，產品便會在軌道各工位移動。

外部設備通過接口電路與機械手連接，由工控機控制其工作。測試機完成產品的電參數測試；打標機按照相應打標指令進行打標；產品打標完成后，先后進入MARK VISION工位和LEADVISION工位，外觀檢測系統對產品打標內容和產品管腳尺寸進行檢驗。VISION系統的引用，避免了產品中出現印記錯誤和管腳變形的不良品。

圖2 測試、打標、外觀檢驗部分

分檔出料部分由分類電機系統、緩沖軌道、換管系統組成。產品經測試打標、外觀檢進入分類梭后，分類侍服電機根據指令將產品分到相應緩沖軌道中去。產品經緩沖軌道進入相應檔位的空管條中去，完成分檔和裝管任務。

換管系統的作用則根據各檔管的換管需要，及時自動給各檔位補給空管條。有紅白兩個空管槽，每個空管槽可容納約40根空管條。

圖3 控制系統硬件框圖

4 控制系統設計

4.1 硬件設計

系統硬件結構如圖3所示。

本系統采用基于WINDOWS CE的專業工控機作為主控計算機，同時采用標準的輸入、輸出控制卡、運動控制卡實現計算機與機械手的通訊與控制。

基于WINDOWS CE的專業工控機具有運行速度快、抗干擾能力強、穩定性好等優點，是測試機械手高速、穩定運行的根本保證。作為控制核心，通過輸入、輸出控制卡、運動控制卡，實現對外圍輸入傳感器信號的采集和分析，與測試機、打標機、VISION系統等外圍設備的通訊，步進電機和氣缸的動作控制。另外，工控機作為人機界面，完成系統參數的設置、修改，系統運行狀況的監控。

運動控制卡、輸入輸出控制卡是工控機對機械手實現輸入數據采集、電機與氣動元件控制的橋梁。輸入、輸出采用光電隔離，并提高其輸出能力。通過電路隔離，提高了系統的抗干擾能力。運動控制卡控制電機的運行；輸入控制卡采樣機器傳感器的輸入信號；輸出控制卡控制氣缸的動作。

測試接口板是筆者公司專門設計的與外圍測試機連接的通用接口電路板，同樣地輸入、輸出采用光電隔離，接口板可設置與測試機通訊訊號的高低電平。

4.2 軟件設計

控制系統軟件采用功能強大的VC++語言編寫，其控制流程如圖4所示。

機器得電后，首先進行系統初始化，包括電機找原點，氣缸等輸出元件的初始狀態控制。系統進入運行狀態后，控制程序首先對輸入信號進行采集判斷，如有故障便停止機械運行，并輸出報警信息。如果沒有故障，便進入正常的生產作業程序。

進料系統實時監測斜軌道口產品檢測傳感器的輸入狀態，自動向斜軌道供料。

產品進入斜軌道后，通過分管頂針機構，每次兩個依序進入旋轉軌道，旋轉電機準確地將旋轉軌道的產品送入測試軌道。

產品進入測試軌道后，通過測試頂針機構的動作，實現產品在測試軌道各工作站的移動。首先，測試軌道分管頂針位傳感器檢測到產品，測試頂針氣缸推出，產品便進入第一測試工位，這時如果第一測試工位的測試功能開，測試推管氣缸和觸指氣缸推出，產品管腳便與金手指接觸良好，控制系統便通過測試接口板向第一工位的測試系統發出測試請求信號，并等待測試系統返回測試結束信號和測試結果信號。收到測試結束信號，測試頂針氣缸退回，測試推管氣缸和觸指氣缸退回，第一只產品便進入第二工位，第二只產品便進入第一工位。這樣，產品經過測試頂針的反復動作，從第一工位到第二工位、第三工位、打標工位、vision位，最后進入分類梭中。產品到達各工位時，如果該工位的測試功能打開，便請求測試，并等待外圍系統的結束信號測試結果信號，如果收不到外圍設備的信號，便停機報警。

產品經過測試打標、外觀檢進入分類梭后，分類侍服電機根據指令將產品分到相應檔位的緩沖軌道中去，再經緩沖軌道進入相應檔位的空管條中去，這樣就完成了產品的測試、打標、外觀檢和裝管任務。

換管系統實時監控各檔管的換管需要，及時自動給各檔位補給空管條。

工控機控制程序采用順序循環掃描方式，反復執行指令，機器周而復始地自動運行，完成晶體管的測試、打標、外觀檢驗、產品分檔裝管工作。

圖4 TO 252 自動測試分選取機控制流程圖

5 結束語

本系統集測試、打標、外觀檢驗和分類包裝于一體，自動化程度高，不但大大提高了生產效率，而且可以減少人為差錯；加上引進了外觀檢驗工位，保證了產品的外觀質量；硬件采用了各種抗干擾技術，控制軟件不斷優化升級，使其運行性能不斷提高。自投入生產以來，得到客戶的一致好評及大力推廣。

[1]吳宗澤，編.機械設計師手冊[M].北京：機械工業出版社，2002.

[2]張忠夫，編.機電傳動與控制[M].北京：機械工業出版社，2007.

[3]何宗鍵，編. Windows CE嵌入式系統[M].北京：北京航天航空大學出版社，2006.