TO-252晶體管全自動(dòng)測(cè)試/打標(biāo)分選機(jī)設(shè)計(jì)

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(qū)別在于產(chǎn)品的管腳外型上，TO-252晶體管管腳經(jīng)過了整型。在應(yīng)用上，TO-251晶體管應(yīng)用于直插式電路板上，而TO-252晶體管則應(yīng)用于貼片封裝的電路板上。因此TO-252晶體管在產(chǎn)品的制造過程中，必須避免產(chǎn)品管腳變形，以確保產(chǎn)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(tǒng)的國內(nèi)下落式軌道送料的測(cè)試分選機(jī)進(jìn)行產(chǎn)品測(cè)試時(shí)，往往由于測(cè)試夾具與產(chǎn)品管腳接觸不良，容易造成電參數(shù)測(cè)試誤測(cè)。針對(duì)以上管腳變形和測(cè)試誤測(cè)兩個(gè)關(guān)鍵問題，筆者所在公司與某半導(dǎo)體廠家合作，研制出目前國內(nèi)最為先進(jìn)的自由下落式軌道送料的TO-252全自動(dòng)測(cè)試、打標(biāo)分選機(jī)，成功解決了上述難題。性能達(dá)到國內(nèi)客戶需求，價(jià)格遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于進(jìn)口設(shè)備。

2 主要技術(shù)參數(shù)

工作方式：管條對(duì)管條系統(tǒng)。

控制系統(tǒng)：專業(yè)工控機(jī)。

適用器件：TO-252等。

測(cè)試工位：3個(gè)。

打標(biāo)工位：1個(gè)。

刷灰工位：1個(gè)（可選）。

VISION工位：2個(gè)。

分BIN數(shù)量：15或11。

UPH：>6K（含200ms測(cè)試時(shí)間）。

動(dòng)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(dòng)測(cè)試分選機(jī)結(jié)構(gòu)及功能

3.1 機(jī)械手機(jī)械結(jié)構(gòu)

圖1 TO-252晶體管全自動(dòng)測(cè)試分選機(jī)機(jī)械圖

機(jī)械手機(jī)械結(jié)構(gòu)如圖1所示。由進(jìn)料部分、斜軌道與產(chǎn)品換向部分，測(cè)試、打標(biāo)、外觀檢驗(yàn)部分，分檔出料部分組成。實(shí)現(xiàn)管條進(jìn)料、管條出料的產(chǎn)品測(cè)試、打標(biāo)、外觀檢測(cè)、分檔和裝管的一條龍全自動(dòng)作業(yè)。

3.2 各部分功能介紹

進(jìn)料部分主要由進(jìn)料槽、推管機(jī)構(gòu)、翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)等組成。完成將料管中產(chǎn)品自動(dòng)送到斜軌道的送料功能，進(jìn)料槽可容納約30條待測(cè)產(chǎn)品管條。

斜軌道與產(chǎn)品換向部分主要由斜軌道、分管機(jī)構(gòu)、換向與旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)組成。斜軌道起到產(chǎn)品緩沖作用；分管機(jī)構(gòu)保證了斜軌道產(chǎn)品每次最多送兩只產(chǎn)品進(jìn)入換向與旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)；換向與旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)通過旋轉(zhuǎn)電機(jī)將產(chǎn)品換向后送入測(cè)試軌道。

測(cè)試、打標(biāo)、外觀檢驗(yàn)部分如圖2所示，由測(cè)試軌道、測(cè)試頂針機(jī)構(gòu)、測(cè)試爪機(jī)構(gòu)、測(cè)試推管機(jī)構(gòu)、外部設(shè)備（測(cè)試機(jī)、打標(biāo)機(jī)、外觀檢測(cè)系統(tǒng)）等組成。

測(cè)試頂針機(jī)構(gòu)起到分管送料作用，保證了產(chǎn)品每次只有一只進(jìn)入測(cè)試站。

測(cè)試推管機(jī)構(gòu)的作用是將產(chǎn)品推向軌道外側(cè)，讓產(chǎn)品引腳盡量外露，保證測(cè)試夾具（金手指）能與引腳接觸良好，避免產(chǎn)品電特性誤測(cè)；同時(shí)由于TO-252晶體管的中間腳長度只有0.8mm左右，測(cè)試夾具（金手指）難以保證產(chǎn)品的中間腳接觸良好，但由于推管機(jī)構(gòu)的金屬片與產(chǎn)品的散熱片（與中間腳相連通）接觸良好，因而推管機(jī)構(gòu)的金屬片便可作為測(cè)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(cè)難題。

測(cè)試抓機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)測(cè)試夾具（金手指）與產(chǎn)品引腳（第1、第3腳）良好接觸，保證產(chǎn)品電參性測(cè)試的準(zhǔn)確性。

測(cè)試頂針機(jī)構(gòu)由氣缸與頂針組件構(gòu)成。氣缸牽動(dòng)頂針來回運(yùn)行，產(chǎn)品便會(huì)在軌道各工位移動(dòng)。

外部設(shè)備通過接口電路與機(jī)械手連接，由工控機(jī)控制其工作。測(cè)試機(jī)完成產(chǎn)品的電參數(shù)測(cè)試；打標(biāo)機(jī)按照相應(yīng)打標(biāo)指令進(jìn)行打標(biāo)；產(chǎn)品打標(biāo)完成后，先后進(jìn)入MARK VISION工位和LEADVISION工位，外觀檢測(cè)系統(tǒng)對(duì)產(chǎn)品打標(biāo)內(nèi)容和產(chǎn)品管腳尺寸進(jìn)行檢驗(yàn)。VISION系統(tǒng)的引用，避免了產(chǎn)品中出現(xiàn)印記錯(cuò)誤和管腳變形的不良品。

圖2 測(cè)試、打標(biāo)、外觀檢驗(yàn)部分

分檔出料部分由分類電機(jī)系統(tǒng)、緩沖軌道、換管系統(tǒng)組成。產(chǎn)品經(jīng)測(cè)試打標(biāo)、外觀檢進(jìn)入分類梭后，分類侍服電機(jī)根據(jù)指令將產(chǎn)品分到相應(yīng)緩沖軌道中去。產(chǎn)品經(jīng)緩沖軌道進(jìn)入相應(yīng)檔位的空管條中去，完成分檔和裝管任務(wù)。

換管系統(tǒng)的作用則根據(jù)各檔管的換管需要，及時(shí)自動(dòng)給各檔位補(bǔ)給空管條。有紅白兩個(gè)空管槽，每個(gè)空管槽可容納約40根空管條。

圖3 控制系統(tǒng)硬件框圖

4 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

4.1 硬件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)如圖3所示。

本系統(tǒng)采用基于WINDOWS CE的專業(yè)工控機(jī)作為主控計(jì)算機(jī)，同時(shí)采用標(biāo)準(zhǔn)的輸入、輸出控制卡、運(yùn)動(dòng)控制卡實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)與機(jī)械手的通訊與控制。

基于WINDOWS CE的專業(yè)工控機(jī)具有運(yùn)行速度快、抗干擾能力強(qiáng)、穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)，是測(cè)試機(jī)械手高速、穩(wěn)定運(yùn)行的根本保證。作為控制核心，通過輸入、輸出控制卡、運(yùn)動(dòng)控制卡，實(shí)現(xiàn)對(duì)外圍輸入傳感器信號(hào)的采集和分析，與測(cè)試機(jī)、打標(biāo)機(jī)、VISION系統(tǒng)等外圍設(shè)備的通訊，步進(jìn)電機(jī)和氣缸的動(dòng)作控制。另外，工控機(jī)作為人機(jī)界面，完成系統(tǒng)參數(shù)的設(shè)置、修改，系統(tǒng)運(yùn)行狀況的監(jiān)控。

運(yùn)動(dòng)控制卡、輸入輸出控制卡是工控機(jī)對(duì)機(jī)械手實(shí)現(xiàn)輸入數(shù)據(jù)采集、電機(jī)與氣動(dòng)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(tǒng)的抗干擾能力。運(yùn)動(dòng)控制卡控制電機(jī)的運(yùn)行；輸入控制卡采樣機(jī)器傳感器的輸入信號(hào)；輸出控制卡控制氣缸的動(dòng)作。

測(cè)試接口板是筆者公司專門設(shè)計(jì)的與外圍測(cè)試機(jī)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(shè)置與測(cè)試機(jī)通訊訊號(hào)的高低電平。

4.2 軟件設(shè)計(jì)

控制系統(tǒng)軟件采用功能強(qiáng)大的VC++語言編寫，其控制流程如圖4所示。

機(jī)器得電后，首先進(jìn)行系統(tǒng)初始化，包括電機(jī)找原點(diǎn)，氣缸等輸出元件的初始狀態(tài)控制。系統(tǒng)進(jìn)入運(yùn)行狀態(tài)后，控制程序首先對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行采集判斷，如有故障便停止機(jī)械運(yùn)行，并輸出報(bào)警信息。如果沒有故障，便進(jìn)入正常的生產(chǎn)作業(yè)程序。

進(jìn)料系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)斜軌道口產(chǎn)品檢測(cè)傳感器的輸入狀態(tài)，自動(dòng)向斜軌道供料。

產(chǎn)品進(jìn)入斜軌道后，通過分管頂針機(jī)構(gòu)，每次兩個(gè)依序進(jìn)入旋轉(zhuǎn)軌道，旋轉(zhuǎn)電機(jī)準(zhǔn)確地將旋轉(zhuǎn)軌道的產(chǎn)品送入測(cè)試軌道。

產(chǎn)品進(jìn)入測(cè)試軌道后，通過測(cè)試頂針機(jī)構(gòu)的動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品在測(cè)試軌道各工作站的移動(dòng)。首先，測(cè)試軌道分管頂針位傳感器檢測(cè)到產(chǎn)品，測(cè)試頂針氣缸推出，產(chǎn)品便進(jìn)入第一測(cè)試工位，這時(shí)如果第一測(cè)試工位的測(cè)試功能開，測(cè)試推管氣缸和觸指氣缸推出，產(chǎn)品管腳便與金手指接觸良好，控制系統(tǒng)便通過測(cè)試接口板向第一工位的測(cè)試系統(tǒng)發(fā)出測(cè)試請(qǐng)求信號(hào)，并等待測(cè)試系統(tǒng)返回測(cè)試結(jié)束信號(hào)和測(cè)試結(jié)果信號(hào)。收到測(cè)試結(jié)束信號(hào)，測(cè)試頂針氣缸退回，測(cè)試推管氣缸和觸指氣缸退回，第一只產(chǎn)品便進(jìn)入第二工位，第二只產(chǎn)品便進(jìn)入第一工位。這樣，產(chǎn)品經(jīng)過測(cè)試頂針的反復(fù)動(dòng)作，從第一工位到第二工位、第三工位、打標(biāo)工位、vision位，最后進(jìn)入分類梭中。產(chǎn)品到達(dá)各工位時(shí)，如果該工位的測(cè)試功能打開，便請(qǐng)求測(cè)試，并等待外圍系統(tǒng)的結(jié)束信號(hào)測(cè)試結(jié)果信號(hào)，如果收不到外圍設(shè)備的信號(hào)，便停機(jī)報(bào)警。

產(chǎn)品經(jīng)過測(cè)試打標(biāo)、外觀檢進(jìn)入分類梭后，分類侍服電機(jī)根據(jù)指令將產(chǎn)品分到相應(yīng)檔位的緩沖軌道中去，再經(jīng)緩沖軌道進(jìn)入相應(yīng)檔位的空管條中去，這樣就完成了產(chǎn)品的測(cè)試、打標(biāo)、外觀檢和裝管任務(wù)。

換管系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)控各檔管的換管需要，及時(shí)自動(dòng)給各檔位補(bǔ)給空管條。

工控機(jī)控制程序采用順序循環(huán)掃描方式，反復(fù)執(zhí)行指令，機(jī)器周而復(fù)始地自動(dòng)運(yùn)行，完成晶體管的測(cè)試、打標(biāo)、外觀檢驗(yàn)、產(chǎn)品分檔裝管工作。

圖4 TO 252 自動(dòng)測(cè)試分選取機(jī)控制流程圖

5 結(jié)束語

本系統(tǒng)集測(cè)試、打標(biāo)、外觀檢驗(yàn)和分類包裝于一體，自動(dòng)化程度高，不但大大提高了生產(chǎn)效率，而且可以減少人為差錯(cuò)；加上引進(jìn)了外觀檢驗(yàn)工位，保證了產(chǎn)品的外觀質(zhì)量；硬件采用了各種抗干擾技術(shù)，控制軟件不斷優(yōu)化升級(jí)，使其運(yùn)行性能不斷提高。自投入生產(chǎn)以來，得到客戶的一致好評(píng)及大力推廣。

[1]吳宗澤，編.機(jī)械設(shè)計(jì)師手冊(cè)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2002.

[2]張忠夫，編.機(jī)電傳動(dòng)與控制[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2007.

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