片式元器件自动测试系统的设计

李玉学

摘要：为了解决目前片式元器件二次筛选过程中测试效率低、劳动强度大的问题，对元器件自动测试技术进行了研究，设计了片式元器件自动测试装置，该装置与现有的元器件测试设备相结合，构建了元器件自动测试系统，实现了片式元器件的半自动化测试；片式元器件样片的测试结果表明，该系统所得测试数据与现有方法的测试数据相一致，提高了测试效率。

关键词：片式元器件；二次筛选；自动测试

中图分类号：TP274 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2017）06-0175-02

1 引言

近年來，我国的电子元器件产业发展迅速，而电子元器件的质量检测与筛选是提高产品质量与可靠性的重要环节。随着自动化测试技术的发展，国内外已经研制出一批自动化电子元器件在线检测设备，可以实现元器件自动上料、定位、参数测试、分选和包装编带等功能。这些设备功能单一，也大多具有很强的针对性，主要适用于元器件生产厂家进行的一次筛选。在元器件使用方、整机研制或生产单位进行二次筛选时[1]，元器件的种类多、批量小，因此元器件的二次筛选难以实现自动化测试。

随着电子设备的小型化和轻量化，要求组装整机的电子元器件外形构成为片式，因此，片式元器件所占比重越来越大。在对片式元器件进行二次筛选时，主要采用人工操作，效率低，劳动强度大，为了解决这些问题，本文对片式元器件自动测试技术进行了研究，设计了片式元器件自动测试系统，实现了片式元器件的半自动化测试。

2 系统构成

片式元器件自动测试系统主要包括元器件自动测试装置与元器件测试系统。其中元器件自动测试装置包括桌上型机械手、机械手控制盒、元器件固定平台和测试头；元器件测试系统主要包括计算机与元器件测试设备。元器件测试系统为原有的测试条件，在此基础上购置了桌上型机械手，设计机械手控制盒，根据片式元器件的具体封装规格设计元器件固定平台与测试头。片式元器件放置在固定平台上，固定平台安装在机械手的X轴上，测试头安装在机械手的Z轴上，机械手控制盒上的两个接口分别连接计算机与机械手，使计算机与机械手之间能进行信号交互，实现整个系统测试过程的自动化。

3 系统控制

片式元器件的自动测试分为三个步骤：首先是机械手控制元器件移动到位，其次是使测试头上的测试探针与元器件引脚实现良好接触，最后元器件测试设备对元器件进行电参数的测试。这三个过程是由元器件测试设备、计算机与桌上型机械手共同协作完成的，其中计算机中的元器件测试系统软件主要是控制元器件测试设备进行电参数测试，桌上型机械手及控制程序用来控制元器件与测试头的移动，使元器件的引脚与测试头的测试探针实现良好的接触，机械手控制盒用来实现桌上型机械手与计算机之间进行信号的交互，最终实现元器件的自动测试控制。

3.1 自动测试的控制过程

片式元器件的自动测试控制过程，主要是控制元器件测试系统与桌上型机械手之间的信号交互。元器件测试系统包括元器件测试设备与配套的计算机，其中机械手控制板卡可安装在元器件测试设备或计算机上。桌上型机械手与元器件测试系统之间的信号交互过程如图1所示。

图1中的SOT信号为开始测试信号，SOT信号与元器件测试系统软件中的测试及测试台上的测试按钮功能相同。当机械手移动到相应的位置，使测试头上的探针与被测器件的引脚接触完好之后，在T1时刻，桌上型机械手发出SOT信号（低电平脉冲）；在T2时刻，计算机接收到SOT信号后，控制元器件测试系统开始进行相关的电参数测试；T3时刻，测试结束后，计算机发出EOT信号（测试结束信号），并根据测试结果发出相应的BIN信号（测试结果信号），桌上型机械手根据接收的信号进行下一步动作，如BIN信号为合格信号，则机械手进行移动到下一个元器件的位置，重复之前的测试过程；如BIN信号为不合格信号，则测试过程停止，此时可以查看测试情况，查找原因，排除其他因素后，通过机械手控制盒上的按钮可以控制桌上型机械手与元器件测试系统，可以进行重复测试或选择测试下一个，继续进行测试。

3.2 机械手控制盒的设计

机械手控制盒是用来连接元器件测试系统和桌上型机械手，进行信号交互并实现对整个自动测试过程的控制。桌上型机械手为标准的PIO接口，工作电压为24V，元器件测试系统中的机械手控制板卡信号为TTL电平，要实现机械手与元器件测试系统之间的信号交互，还需要设计电平转换电路，因此机械手控制盒的主要部分是电平转换接口电路。控制盒上设计了两个接口，分别用来连接元器件测试系统和机械手，还设计了两个开关按钮，其功能分别为重复测试和测试下一个。电平转换电路主要使用光电耦合器来实现24V与TTL电平之间的转换，机械手的高电平转换成TTL电平的转换电路如图2所示。计算机的TTL电平转换为高电平的转换电路如图3所示。

如图2所示，以SOT信号为例，OUT为机械手输出的开始信号，当其为0V时，发光二极管不导通，光电耦合器的三极管为截止状态，发射极与集电极之间相当于断开，计算机接收到的SOT信号为5V左右，当其为24V时，发光二极管导通，三极管为导通状态，由于上拉电阻的存在，计算机接收到的SOT信号为0V左右[2]。当OUT信号在0～24V之间变化时，计算机接收到的SOT信号都在5～0V之间变化，从而实现了从高电平到低电平的转换。

如图3所示，以BIN信号为例，BIN为计算机发出的测试结果信号，当其为0V时，发光二极管不导通，光电耦合器的三极管为截止状态，发射极与集电极之间相当于断开，机械手接收到的输入信号IN为24V左右，当其为5V时，发光二极管导通，三极管为导通状态，由于上拉电阻的存在，机械手接收到的IN信号为0V左右。当BIN信号在0～5V之间变化时，机械手收到的IN信号都在24～0V之间变化，从而实现了从低电平到高电平的转换。endprint

4 測试结果分析

片式元器件自动测试系统根据设计的测试头与固定平台可以实现不同封装元器件的半自动化测试，并且设计的机械手控制盒能与具有机械手控制板卡的元器件测试系统连接，因此，本文设计的片式元器件自动测试装置能与不同的元器件测试系统连接构成自动化测试系统。以SMD-1封装的三端集成稳压器为例，根据元器件的封装和尺寸，设计了相应测试头与固定平台，并与数模混合集成电路测试系统STS8105A连接，实现了SMD-1封装元器件CW1117的自动化测试，对大量元器件样片分别进行了多次测试，将测试结果与人工测试的结果进行了比对，测试数据基本一致。列出其中一组测试数据的比对表如表1所示。

5 结语

本文设计的片式元器件自动化测试系统，实现了片式元器件的半自动化测试。并且带有机械手控制板卡的元器件测试系统均可使用本文设计的自动化测试系统，设计的元器件测试头与固定平台可适用于同一种封装不同型号的元器件的测试，成本低，测试结果可靠。因此，本文设计的片式元器件自动化测试系统可广泛应用于种类多、批量小的片式元器件进行二次筛选时电参数的测试，能很好的解决人工操作时效率低，劳动强度大的问题。

参考文献

[1]白涛，金成日，张春雷.核电厂仪控设备研制中元器件筛选问题的讨论[J].核电仪控.2013，（4）：83-87.

[2]许春田.PLC与TTL间电平转换电路的一种简单设计方法[C]//全国冶金自动化信息网2010年年会论文集[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