片式元器件自動測試系統(tǒng)的設(shè)計

李玉學

摘要：為了解決目前片式元器件二次篩選過程中測試效率低、勞動強度大的問題，對元器件自動測試技術(shù)進行了研究，設(shè)計了片式元器件自動測試裝置，該裝置與現(xiàn)有的元器件測試設(shè)備相結(jié)合，構(gòu)建了元器件自動測試系統(tǒng)，實現(xiàn)了片式元器件的半自動化測試；片式元器件樣片的測試結(jié)果表明，該系統(tǒng)所得測試數(shù)據(jù)與現(xiàn)有方法的測試數(shù)據(jù)相一致，提高了測試效率。

關(guān)鍵詞：片式元器件；二次篩選；自動測試

中圖分類號：TP274 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2017）06-0175-02

1 引言

近年來，我國的電子元器件產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，而電子元器件的質(zhì)量檢測與篩選是提高產(chǎn)品質(zhì)量與可靠性的重要環(huán)節(jié)。隨著自動化測試技術(shù)的發(fā)展，國內(nèi)外已經(jīng)研制出一批自動化電子元器件在線檢測設(shè)備，可以實現(xiàn)元器件自動上料、定位、參數(shù)測試、分選和包裝編帶等功能。這些設(shè)備功能單一，也大多具有很強的針對性，主要適用于元器件生產(chǎn)廠家進行的一次篩選。在元器件使用方、整機研制或生產(chǎn)單位進行二次篩選時[1]，元器件的種類多、批量小，因此元器件的二次篩選難以實現(xiàn)自動化測試。

隨著電子設(shè)備的小型化和輕量化，要求組裝整機的電子元器件外形構(gòu)成為片式，因此，片式元器件所占比重越來越大。在對片式元器件進行二次篩選時，主要采用人工操作，效率低，勞動強度大，為了解決這些問題，本文對片式元器件自動測試技術(shù)進行了研究，設(shè)計了片式元器件自動測試系統(tǒng)，實現(xiàn)了片式元器件的半自動化測試。

2 系統(tǒng)構(gòu)成

片式元器件自動測試系統(tǒng)主要包括元器件自動測試裝置與元器件測試系統(tǒng)。其中元器件自動測試裝置包括桌上型機械手、機械手控制盒、元器件固定平臺和測試頭；元器件測試系統(tǒng)主要包括計算機與元器件測試設(shè)備。元器件測試系統(tǒng)為原有的測試條件，在此基礎(chǔ)上購置了桌上型機械手，設(shè)計機械手控制盒，根據(jù)片式元器件的具體封裝規(guī)格設(shè)計元器件固定平臺與測試頭。片式元器件放置在固定平臺上，固定平臺安裝在機械手的X軸上，測試頭安裝在機械手的Z軸上，機械手控制盒上的兩個接口分別連接計算機與機械手，使計算機與機械手之間能進行信號交互，實現(xiàn)整個系統(tǒng)測試過程的自動化。

3 系統(tǒng)控制

片式元器件的自動測試分為三個步驟：首先是機械手控制元器件移動到位，其次是使測試頭上的測試探針與元器件引腳實現(xiàn)良好接觸，最后元器件測試設(shè)備對元器件進行電參數(shù)的測試。這三個過程是由元器件測試設(shè)備、計算機與桌上型機械手共同協(xié)作完成的，其中計算機中的元器件測試系統(tǒng)軟件主要是控制元器件測試設(shè)備進行電參數(shù)測試，桌上型機械手及控制程序用來控制元器件與測試頭的移動，使元器件的引腳與測試頭的測試探針實現(xiàn)良好的接觸，機械手控制盒用來實現(xiàn)桌上型機械手與計算機之間進行信號的交互，最終實現(xiàn)元器件的自動測試控制。

3.1 自動測試的控制過程

片式元器件的自動測試控制過程，主要是控制元器件測試系統(tǒng)與桌上型機械手之間的信號交互。元器件測試系統(tǒng)包括元器件測試設(shè)備與配套的計算機，其中機械手控制板卡可安裝在元器件測試設(shè)備或計算機上。桌上型機械手與元器件測試系統(tǒng)之間的信號交互過程如圖1所示。

圖1中的SOT信號為開始測試信號，SOT信號與元器件測試系統(tǒng)軟件中的測試及測試臺上的測試按鈕功能相同。當機械手移動到相應(yīng)的位置，使測試頭上的探針與被測器件的引腳接觸完好之后，在T1時刻，桌上型機械手發(fā)出SOT信號（低電平脈沖）；在T2時刻，計算機接收到SOT信號后，控制元器件測試系統(tǒng)開始進行相關(guān)的電參數(shù)測試；T3時刻，測試結(jié)束后，計算機發(fā)出EOT信號（測試結(jié)束信號），并根據(jù)測試結(jié)果發(fā)出相應(yīng)的BIN信號（測試結(jié)果信號），桌上型機械手根據(jù)接收的信號進行下一步動作，如BIN信號為合格信號，則機械手進行移動到下一個元器件的位置，重復(fù)之前的測試過程；如BIN信號為不合格信號，則測試過程停止，此時可以查看測試情況，查找原因，排除其他因素后，通過機械手控制盒上的按鈕可以控制桌上型機械手與元器件測試系統(tǒng)，可以進行重復(fù)測試或選擇測試下一個，繼續(xù)進行測試。

3.2 機械手控制盒的設(shè)計

機械手控制盒是用來連接元器件測試系統(tǒng)和桌上型機械手，進行信號交互并實現(xiàn)對整個自動測試過程的控制。桌上型機械手為標準的PIO接口，工作電壓為24V，元器件測試系統(tǒng)中的機械手控制板卡信號為TTL電平，要實現(xiàn)機械手與元器件測試系統(tǒng)之間的信號交互，還需要設(shè)計電平轉(zhuǎn)換電路，因此機械手控制盒的主要部分是電平轉(zhuǎn)換接口電路。控制盒上設(shè)計了兩個接口，分別用來連接元器件測試系統(tǒng)和機械手，還設(shè)計了兩個開關(guān)按鈕，其功能分別為重復(fù)測試和測試下一個。電平轉(zhuǎn)換電路主要使用光電耦合器來實現(xiàn)24V與TTL電平之間的轉(zhuǎn)換，機械手的高電平轉(zhuǎn)換成TTL電平的轉(zhuǎn)換電路如圖2所示。計算機的TTL電平轉(zhuǎn)換為高電平的轉(zhuǎn)換電路如圖3所示。

如圖2所示，以SOT信號為例，OUT為機械手輸出的開始信號，當其為0V時，發(fā)光二極管不導(dǎo)通，光電耦合器的三極管為截止狀態(tài)，發(fā)射極與集電極之間相當于斷開，計算機接收到的SOT信號為5V左右，當其為24V時，發(fā)光二極管導(dǎo)通，三極管為導(dǎo)通狀態(tài)，由于上拉電阻的存在，計算機接收到的SOT信號為0V左右[2]。當OUT信號在0～24V之間變化時，計算機接收到的SOT信號都在5～0V之間變化，從而實現(xiàn)了從高電平到低電平的轉(zhuǎn)換。

如圖3所示，以BIN信號為例，BIN為計算機發(fā)出的測試結(jié)果信號，當其為0V時，發(fā)光二極管不導(dǎo)通，光電耦合器的三極管為截止狀態(tài)，發(fā)射極與集電極之間相當于斷開，機械手接收到的輸入信號IN為24V左右，當其為5V時，發(fā)光二極管導(dǎo)通，三極管為導(dǎo)通狀態(tài)，由于上拉電阻的存在，機械手接收到的IN信號為0V左右。當BIN信號在0～5V之間變化時，機械手收到的IN信號都在24～0V之間變化，從而實現(xiàn)了從低電平到高電平的轉(zhuǎn)換。endprint

4 測試結(jié)果分析

片式元器件自動測試系統(tǒng)根據(jù)設(shè)計的測試頭與固定平臺可以實現(xiàn)不同封裝元器件的半自動化測試，并且設(shè)計的機械手控制盒能與具有機械手控制板卡的元器件測試系統(tǒng)連接，因此，本文設(shè)計的片式元器件自動測試裝置能與不同的元器件測試系統(tǒng)連接構(gòu)成自動化測試系統(tǒng)。以SMD-1封裝的三端集成穩(wěn)壓器為例，根據(jù)元器件的封裝和尺寸，設(shè)計了相應(yīng)測試頭與固定平臺，并與數(shù)模混合集成電路測試系統(tǒng)STS8105A連接，實現(xiàn)了SMD-1封裝元器件CW1117的自動化測試，對大量元器件樣片分別進行了多次測試，將測試結(jié)果與人工測試的結(jié)果進行了比對，測試數(shù)據(jù)基本一致。列出其中一組測試數(shù)據(jù)的比對表如表1所示。

5 結(jié)語

本文設(shè)計的片式元器件自動化測試系統(tǒng)，實現(xiàn)了片式元器件的半自動化測試。并且?guī)в袡C械手控制板卡的元器件測試系統(tǒng)均可使用本文設(shè)計的自動化測試系統(tǒng)，設(shè)計的元器件測試頭與固定平臺可適用于同一種封裝不同型號的元器件的測試，成本低，測試結(jié)果可靠。因此，本文設(shè)計的片式元器件自動化測試系統(tǒng)可廣泛應(yīng)用于種類多、批量小的片式元器件進行二次篩選時電參數(shù)的測試，能很好的解決人工操作時效率低，勞動強度大的問題。

參考文獻

[1]白濤，金成日，張春雷.核電廠儀控設(shè)備研制中元器件篩選問題的討論[J].核電儀控.2013，（4）：83-87.

[2]許春田.PLC與TTL間電平轉(zhuǎn)換電路的一種簡單設(shè)計方法[C]//全國冶金自動化信息網(wǎng)2010年年會論文集[A].2010.

Abstract：In order to solve the problem of low efficiency and high labor intensity in the process of secondary screening of chip components， the automatic testing technology of components has been studied，The automatic testing device of chip components is designed. The device is combined with the existing components and test equipment to construct the automatic test system of components， which realizes the semi - automatic testing of chip components.The test results of the chip components show that the test data obtained by the system are consistent with the test data of the existing methods and improve the test efficiency.

Key Words：chip components；secondary screening；automatic testingendprint