Panoramica della macchina per il montaggio dei chip

Per conquistare un posto nella feroce concorrenza del mercato odierno, i produttori di prodotti elettronici devono costantemente trovare un modo per ridurre i costi e i tempi di introduzione dei prodotti, migliorando allo stesso tempo continuamente la qualità dei nuovi prodotti. Oltre a migliorare i processi e le procedure di produzione, i produttori di prodotti elettronici devono anche incoraggiare i produttori di dispositivi a semiconduttore a incorporare più funzioni nei circuiti integrati programmabili miniaturizzati (PIC). Pertanto, per la progettazione e la produzione di prodotti elettronici di fascia alta, ci viene chiaramente presentato un percorso di dimensioni più ridotte, funzioni più potenti e prezzi più bassi. In questo contesto, i circuiti integrati programmabili di oggi hanno molti pin, funzioni potenti e forme di assemblaggio innovative. Tuttavia, i produttori di prodotti elettronici che desiderano utilizzare i più recenti dispositivi PIC devono superare alcuni problemi incontrati durante la programmazione. In poche parole, per programmare con successo i dispositivi PCI, è necessario apprendere alcuni nuovi metodi. Fu Haoyun fornisce supporto tecnico per le macchine di posizionamento JUKI sulla terraferma.
Contesto del settore
Per i dispositivi PIC in passato veniva generalmente utilizzato il packaging DIP, PLCC o SOIC. Tuttavia, con la crescente domanda di prodotti compatti e ad alte prestazioni, sono necessari dispositivi PIC più avanzati. I dispositivi di memoria flash sono disponibili nei pacchetti SOP, TSOP, VSOP, BGA e micro-BGA. Microcontrollori, CPLD e FPGA ad alte prestazioni sono disponibili in pacchetti QFP, BGA e micro-BGA con un numero di pin che varia da 44 a oltre 800.
A causa dell'elevato numero di pin e del fattore di forma ridotto, la maggior parte di questi componenti sono disponibili solo in contenitori a passo fine. I componenti a passo fine hanno perni molto fragili con una spaziatura di soli 0,508 mm (20 mil) o quasi senza gioco. Ciò ha portato all’uso di dispositivi PIC per affrontare questa sfida. I dispositivi PIC ad alta densità e prestazioni elevate sono costosi e richiedono apparecchiature di programmazione di alta qualità e un eccellente controllo del processo per ridurre al minimo gli scarti dei componenti.
È praticamente certo che i componenti a passo fine incontreranno minacce derivanti dalla complanarità e da altre forme di danneggiamento dei pin durante la programmazione manuale. Se i pin sono danneggiati, potrebbero verificarsi problemi con l'affidabilità dei giunti di saldatura, che aumenteranno il tasso di difetti nel processo di produzione. Allo stesso modo, la programmazione dei componenti ad alta densità richiederà effettivamente più tempo, il che ridurrà l’efficienza produttiva.
Programmazione sulla scheda elettronica
Gli utenti di dispositivi PIC avanzati si trovano di fronte a una scelta difficile: rischiare problemi di qualità e utilizzare la programmazione manuale? O trovare un metodo di programmazione alternativo che elimini il metodo del tocco manuale?
Per raggiungere quest'ultimo obiettivo, i produttori hanno inizialmente iniziato a utilizzare la programmazione di bordo (OBP). OBP è un metodo semplice che programma il PIC dopo averlo montato su una scheda a circuito stampato (PCB). Generalmente, il test o il test funzionale vengono eseguiti sul circuito. La memoria flash, la memoria di sola lettura programmabile cancellabile elettricamente (EEprom), i dispositivi CPLD basati su EEprom, i dispositivi FPGA basati su EEprom e i microcontrollori con memoria flash incorporata o EEprom sono tutti programmati in formato OBP.
Il metodo più comune per implementare l'OBP per soddisfare i requisiti della memoria flash e dei microcontrollori consiste nell'utilizzare la programmazione delle apparecchiature di test automatico (ATE) con l'aiuto di un dispositivo a letto d'aghi. I dispositivi logici sono complessi da programmare e non sono adatti alla programmazione a letto d'aghi ATE.
Una nuova tecnologia OBP basata sulla specifica IEEE originale per supportare i test mostra un futuro promettente. La specifica, denominata IEEE 1149.1, specifica una serie di protocolli di scansione dei confini che sono stati utilizzati in molti metodi di programmazione PIC.
Se i produttori di prodotti elettronici desiderano utilizzare i metodi di programmazione IEEE 1149.1, si affidano agli strumenti di protezione della proprietà intellettuale forniti da vari produttori di semiconduttori. Ma la programmazione con i loro strumenti è molto lenta. Inoltre, a causa del loro istinto di proteggere la proprietà intellettuale, ogni strumento è limitato al dispositivo utilizzato da un singolo utente. Questo è un grave inconveniente se i dispositivi PIC su un circuito stampato vengono utilizzati da più utenti.
In sintesi, l'utilizzo dei metodi OBP può eliminare il fenomeno della manipolazione manuale dei dispositivi e della programmazione nei test, nonché il rallentamento della produzione manifatturiera. Tuttavia, anche il tempo necessario per la programmazione può essere lungo.
ATE Programmazione pin-on-disk
Le apparecchiature ATE venivano originariamente utilizzate per eseguire test in-circuit di gruppi PCB per rilevare difetti come tracce aperte e corte, componenti mancanti e componenti disallineati che si verificano durante il processo di produzione. I dispositivi pin-on-disk sono terminali di test caricati a molla, configurati in array, che formano un'interfaccia meccanica ed elettrica tra il PCB e il circuito di pilotaggio del segnale dell'apparecchiatura di test ATE.
Una volta che il PCB è collegato saldamente al dispositivo pin-on-disk, il circuito di pilotaggio del segnale dell'apparecchiatura di test ATE invierà segnali di programmazione al PIC del dispositivo di destinazione attraverso il dispositivo pin-on-disk e il PCB. Oltre a testare i difetti meccanici, le apparecchiature ATE possono essere utilizzate anche per programmare i dispositivi PIC. Le procedure di programmazione e cancellazione dei componenti sono integrate nella procedura di test del circuito stampato per programmare il dispositivo di destinazione.
Programmazione Boundary Scan IEEE 1149.1
Per aumentare la densità e la complessità degli assemblaggi PCB, il test dei circuiti stampati e dei componenti deve affrontare grandi difficoltà, soprattutto per gli assemblaggi PCB con spazio limitato. Per risolvere efficacemente questo problema è stato creato un protocollo di test Boundary Scan (IEEE 1149.1).
Lo standard di test IEEE 1149.1 può programmare dispositivi logici o dispositivi di memoria flash su circuiti stampati assemblati tramite un dispositivo esterno intelligente. Questo dispositivo di programmazione costituisce un'interfaccia di collegamento con la scheda elettronica attraverso una porta di accesso di test standard (Test Access Port, abbreviato in TAP). Tutto ciò richiede l'uso di dispositivi di controllo hardware JTAG, sistemi software JTAG, circuiti stampati compatibili con JTAG e una porta di accesso per test a quattro fili.
Il lavoro di Boundary Scan può essere implementato utilizzando un dispositivo specializzato di programmazione di circuiti stampati dedicato, oppure un'altra opzione è quella di utilizzare alcuni strumenti forniti da aziende come i tester GenRad, Hewlett-Packard e Teradyne ATE negli Stati Uniti, in modo che la programmazione del Boundary Scan IEEE 1149.1 possa essere implementato sulle apparecchiature di prova ATE.
Uno dei maggiori vantaggi derivanti dall'utilizzo dello standard IEEE è che può programmare una varietà di componenti forniti da diversi fornitori sullo stesso PCB. Ciò può ridurre il tempo di programmazione complessivo e semplificare il processo di produzione.
Apparecchiature per la programmazione automatizzata (AP).
La tecnologia PIC continua ad avanzare, quindi le nuove apparecchiature e tecnologie di programmazione automatizzata tengono il passo. Ad esempio, l'apparecchiatura di programmazione fine pitch automatizzata ProMaster 970 di Data I/O può programmare dispositivi PIC in formati di pacchetto avanzati, tra cui BGA, micro BGA, SOP, VSOP, TSOP, PLCC, SON e CSP. I connettori doppi pick-and-place (PNP) e le prese opzionali a 8, 10 o 12-pin possono massimizzare l'efficienza dell'apparecchiatura. L'attrezzatura di programmazione può anche comportare inoltre un controllo di qualità del dispositivo. Ad esempio, i problemi di complanarità e di danneggiamento dei pin sono praticamente inesistenti perché il sistema di visione laser integrato può garantire un posizionamento molto accurato del dispositivo.
La programmazione automatizzata dei cluster può generalmente essere da 5 a 10 volte più veloce della programmazione ATE grazie alla varietà di interfacce di programmazione e configurazioni dei dispositivi PNP. Ancora una volta, questi strumenti di programmazione sono progettati specificamente per la programmazione, non per testare schede o funzioni, quindi possono fornire un'ottima qualità di programmazione.
I dispositivi PIC a passo fine possono essere molto costosi, quindi se il tasso di danneggiamento durante il processo di produzione può essere ridotto, migliorerà notevolmente il punto di pareggio del produttore. Anche i sistemi di programmazione automatica applicabili alla maggior parte dei componenti sono molto flessibili e possono essere adattati a forme avanzate di dispositivi di confezionamento. La combinazione di alta produttività, alta qualità e flessibilità ha fatto sì che il prezzo di programmazione più basso disponibile per dispositivo spesso sia inferiore al 20% del prezzo di programmazione ATE.