smt贴片机编程讲解？

贴片机编程方式的选择介绍

生产部门的负责人常常会考虑采用编程的不同方式，他们会问：“采用何种编程方式对我来说是最适合的呢?”没有一种可以满足所有的应用事例的答案。他们权衡的内容一般会包含有：所采用的解决方案对生产效率、生产线使用的计划安排、PCB的价格、工艺控制问题、缺陷率水平、供应商的管理、主要设备的成本以及存货的管理是否会带来冲击

对生产效率带来的冲击

ATE编程会降低生产效率，这是因为为了能够满足编程的需要，要增加额外的时间。举例来说，如果为了检查制造过程中所出现的缺陷现象，需要化费15秒的时间进行测试，这时可能需要再增加5秒钟用来对该元器件进行编程。ATE所起到的作用就像是一台非常昂贵的单口编程器。同样，对于需要化费较长时间编程的高密度闪存器件和逻辑器件来说，所需要的总的测试时间将会更长，这令人头痛。因此，当编程时间与电路板总的测试时间相比较所占时间非常小的时候，ATE编程方式是性价比最好的一种方式。为了提高生产率，以求将较长的编程时间降低到最低的限度，ATE编程技术可以与板上技术相结合使用，例如：边界扫描或者说具有专利的众多方法中的一种。

还有一种解决方案是在电路板进行测试的时候，仅对目标器件的boot码进行编程处理。器件余下的编程工作在处于不影响生产率的时候才进行，一般来说是在设备进行功能测试的时候。然而，除非超过了ATE的能力，功能测试的能力是足够的，对于高密度器件来说性能价格比最好的编程方法是一种自动化的编程设备。举例来说：ProMaster 970设备配置有12个接口，每小时能够对600个8兆闪存进行编程和激光标识。与此形成对照的是，ATE或者说功能测试仪将化费60至120小时来完成这些编程工作。生产线使用计划安排

由于电子产品愈来愈复杂和先进，所以对具有更多功能和较高密度的可编程元器件的需求量也愈来愈高。这些先进的元器件在OBP的环境之中，常常要求化费较长的编程时间，这样就直接降低了产品的生产效率。同样，由不同的半导体器件制造商所提供的相同密度的元器件，在进行编程的时候所化费的时间差异是非常大的，一般来说具有最快编程速度的元器件，价格也是最贵的。所以人们在考虑是否支付更多的钱给具有快速编程能力的元器件时，面临着两难的选择是提升生产率和降低设备的成本，还是采用具有较慢编程时间的便宜元器件，并由此忍受降低生产率的苦恼

此外，制造厂商必须记住，为了能够对付在短期内出现的大量产品需求，他们不可能依赖采用最适用的半导体器件。缺少可获得最佳的元器件，会迫使制造厂商重新选择可替换的编程元器件，每个元器件具有不同的编程时间、价格和可获性。对于OBP来说，这种情形对于实行有效的生产线计划安排显然是相当困难的。

因为自动编程拥有比单接口OBP解决方案快捷的优势，所以对编程时间变化的影响可以完全不顾。同样，由于自动编程方案一般支持来自于不同供应厂商的数千款元器件，可以缓解使用替代元器件所产生的问题。   PCB的费用

近年来，对先进PIC的编程和测试需求有了令人瞩目的增长。这是因为芯片供应商使用新的硅技术来创建具有最高速度和性能的元器件。认真仔细的程序设计必须考虑到传输线的有效性问题、信号线的阻抗情况、引针的插入，以及元器件的特性。如果不是这样的话，问题可能会接二连三的发生，其中包括：接地反射(ground bounce)、交扰和在编程期间发生信号反射现象。

自动化高质量的编程设备通过良好的设计，可以将这些问题降低到最小的程度。为了能够进行ATE编程，PCB设计师必须对付周边的电路、电容、电阻、电感、信号交扰、Vcc和Gnd反射、以及针盘夹具。所有这一切将极大的影响到进行编程时的产量和质量。因为增加了对电路板的空间需求，以及分立元器件(接线片、FET、电容器)和增加对电源供电能力的需求，从而最终增加了PCB的成本。尽管每一块电路板是不同的，PCB的价格一般会增加2%到10%。编程规则系统的选择

许多电子产品制造厂商还没有认识到闪存、CPLD和FPGA器件仍然要求采用编程规则系统(programming algorithms)。每一个元器件是不同的，在不同半导体供应商之间编程规则是不能交换的。因此，如果他们要使用ATE编程方式，测试工程师必须对每一个元器件和所有的可替换供应商(现在的和未来的)写下编程规则系统。

如果说使用了不正确的规则系统将会导致在编程期间或者电路板测试期间，以及当用户拥有该产品时面临失败(这是所有情形中最坏的现象)。最难对付的事情是，半导体供应商为了能够提高产量、增加数据保存和降低制造成本，时常变更编程规则。所以即使今天所编写的编程规则系统是正确的，很有可能不久该规则就要变化了。另外，不管是ATE供应商，还是半导体供应商当规则系统发生变化的时候都不会及时与用户接触。

工艺过程管理和问题的解决

基于ATE的编程工作的完成要求人们详细了解编程硬件和软件，以及对于可以用于编程的元器件的专业知识。为了能够正确的创建编程规则，测试工程师必须仔细了解有关PIC编程、消除规则系统和查证规则系统的知识。但不幸的是，这种知识范围一般超出了测试工程师的专业范围，一项错误将会招至灾难性的损失。

测试工程师现在对所涉及的编程问题，也必须有及时的了解，诸如：元器件的价格和可获性、所增加的元器件密度、测试的缺陷率、现场失效率，以及与半导体供应厂商保持经常性的沟通。   同样，由于半导体供应商或者说ATE供应商将不会对编程的结果负责，解决有关编程器件问题的所有责任完全落在了测试工程师的肩上。   举例来说，如果失效是由于可编程控量突然增加，测试工程师必须首先确定问题的根源，然后着手解决这个问题。如果说这个问题是由于元器件的问题所引起的、由于ATE编程软件所引起的、该PCB设计所引起的，或者说是因为测试夹具所引起的呢?  

这些复杂的问题可能需要化费数周的时间去分解和解决，与此同时生产线只能够停顿下来待命。与此形成对照的是，在器件编程领域处于领先位置的公司将直接与半导体供应厂商一起合作，来解决编程设备中所存在的问题，或者说自己设计设备，所以能够较快的识别问题的根源。

一个经过良好设计的编程设备能够提供优化的编程环境，并且能够确保最大可能的产量。然而，在编程过程中存在着很小比例的器件将会失效。不同的半导体供应商之间的这个比例是不同的，编程产出率的范围将会在99.3%到99.8%之间。自动化的编程设备被设计成能够识别这些缺陷，于是在PCB实施装配以前就可以将失效的元器件捕捉出来，从而实现将次品率降低到最小的目的。经过比较，编程的失效率一般会高于在ATE编程环境中的。   对于制造厂商而言如果能够事先发现问题，可以在长期的经营中减少成本支出。编程设备不仅可以拥有较低的PIC失效率，它们经过设计也可以发现编程有缺陷的PIC器件。在现实环境中作为目标的PIC器件被溶入在PCB的设计中，设计成能够扮演另外一个角色的作用(电话、传真、扫描仪等等)，作为一种专门的编程设备可以简单地做这些事情，而无需提供相同质量的编程环境。

供应商的管理ATE编程潜在的可能是锁定一个供应商的可编程元器件。由于ATE要求认真仔细的PCB设计，以及为了能够满足每一个不同的PIC使用需要专用的软件，随后所形成的元器件变更工作将会是成本非常高昂的，同时又是很花时间的。通过具有知识产权的一系列协议方法，可以让数家半导体供应商一起工作，从而形成一种形式的可编程器件。

由IEEE 1149.1边界扫描编程所提供的方法具有很大的灵活性，它允许在同一PCB上面混装由不同半导体供应商所提供的元器件。然而，自动化编程设备可以最大灵活地做这些事情。借助于从不同的供应商处获得的数千个PIC器件的常规器件支持，他们能够非常灵活地保持与客户需求变化相同的步伐。

主要设备的费用  取决于使用ATE的百分比以及对生产率的要求，为了实现PIC编程可能会要求增添ATE设备。关于ATE价格的范围从15万美元至40万美元不等，购置一台新的设备或者更新现有的设备使之适合于编程的需要是非常昂贵的事情。一种方式是使用一台AP设备来提供编程元器件到多条生产线上。这种做法可以降低ATE的利用率，从而降低设备方面的投资。

半导体

什么是半导体呢？

顾名思义：导电性能介于导体与绝缘体(insulator)之间的材料，叫做半导体（semiconductor）．

物质存在的形式多种多样，固体、液体、气体、等离子体等等。我们通常把导电性和导电导热性差或不好的材料，如金刚石、人工晶体、琥珀、陶瓷等等，称为绝缘体。而把导电、导热都比较好的金属如金、银、铜、铁、锡、铝等称为导体。可以简单的把介于导体和绝缘体之间的材料称为半导体。与金属和绝缘体相比，半导体材料的发现是最晚的，直到20世纪30年代，当材料的提纯技术改进以后，半导体的存在才真正被学术界认可。

半导体的发现实际上可以追溯到很久以前，

1833年，英国巴拉迪最先发现硫化银的电阻随着温度的变化情况不同于一般金属，一般情况下，金属的电阻随温度升高而增加，但巴拉迪发现硫化银材料的电阻是随着温度的上升而降低。这是半导体现象的首次发现。不久，

1839年法国的贝克莱尔发现半导体和电解质接触形成的结，在光照下会产生一个电压，这就是后来人们熟知的光生伏特效应，这是被发现的半导体的第二个特征。

在1874年，德国的布劳恩观察到某些硫化物的电导与所加电场的方向有关，即它的导电有方向性，在它两端加一个正向电压，它是导通的；如果把电压极性反过来，它就不导电，这就是半导体的整流效应，也是半导体所特有的第三种特性。同年，舒斯特又发现了铜与氧化铜的整流效应。

1873年，英国的史密斯发现硒晶体材料在光照下电导增加的光电导效应，这是半导体又一个特有的性质。

半导体的这四个效应，(jianxia霍尔效应的余绩——四个伴生效应的发现)虽在1880年以前就先后被发现了，但半导体这个名词大概到1911年才被考尼白格和维斯首次使用。而总结出半导体的这四个特性一直到1947年12月才由贝尔实验室完成。很多人会疑问，为什么半导体被认可需要这么多年呢？主要原因是当时的材料不纯。没有好的材料，很多与材料相关的问题就难以说清楚。

半导体于室温时电导率约在10ˉ10～10000/Ω·cm之间，纯净的半导体温度升高时电导率按指数上升。半导体材料有很多种，按化学成分可分为元素半导体和化合物半导体两大类。锗和硅是最常用的元素半导体；化合物半导体包括Ⅲ-Ⅴ 族化合物（砷化镓、磷化镓等）、Ⅱ-Ⅵ族化合物( 硫化镉、硫化锌等)、氧化物(锰、铬、铁、铜的氧化物),以及由Ⅲ-Ⅴ族化合物和Ⅱ-Ⅵ族化合物组成的固溶体（镓铝砷、镓砷磷等）。除上述晶态半导体外，还有非晶态的有机物半导体等。

本征半导体(intrinsic semiconductor) 没有掺杂且无晶格缺陷的纯净半导体称为本征半导体。在绝对零度温度下，半导体的价带(valence band)是满带(见能带理论)，受到光电注入或热激发后，价带中的部分电子会越过禁带(forbidden band/band gap)进入能量较高的空带，空带中存在电子后成为导带(conduction band)，价带中缺少一个电子后形成一个带正电的空位，称为空穴(hole)，导带中的电子和价带中的空穴合称为电子 - 空穴对。上述产生的电子和空穴均能自由移动，成为自由载流子(free carrier)，它们在外电场作用下产生定向运动而形成宏观电流，分别称为电子导电和空穴导电。这种由于电子-空穴对的产生而形成的混合型导电称为本征导电。导带中的电子会落入空穴，使电子-空穴对消失，称为复合(recombination)。复合时产生的能量以电磁辐射（发射光子photon）或晶格热振动（发射声子phonon）的形式释放。在一定温度下，电子 - 空穴对的产生和复合同时存在并达到动态平衡，此时本征半导体具有一定的载流子浓度，从而具有一定的电导率。加热或光照会使半导体发生热激发或光激发，从而产生更多的电子 - 空穴对，这时载流子浓度增加，电导率增加。半导体热敏电阻和光敏电阻等半导体器件就是根据此原理制成的。常温下本征半导体的电导率较小，载流子浓度对温度变化敏感，所以很难对半导体特性进行控制，因此实际应用不多。

杂质半导体(extrinsic semiconductor) 半导体中的杂质对电导率的影响非常大，本征半导体经过掺杂就形成杂质半导体，一般可分为n型半导体和p型半导体。半导体中掺入微量杂质时，杂质原子附近的周期势场受到干扰并形成附加的束缚状态，在禁带中产生附加的杂质能级。能提供电子载流子的杂质称为施主(donor)杂质，相应能级称为施主能级,位于禁带上方靠近导带底附近。例如四价元素锗或硅晶体中掺入五价元素磷、砷、锑等杂质原子时，杂质原子作为晶格的一分子，其五个价电子中有四个与周围的锗（或硅）原子形成共价键，多余的一个电子被束缚于杂质原子附近，产生类氢浅能级-施主能级。施主能级上的电子跃迁到导带所需能量比从价带激发到导带所需能量小得多，很易激发到导带成为电子载流子，因此对于掺入施主杂质的半导体，导电载流子主要是被激发到导带中的电子，属电子导电型，称为n型半导体。由于半导体中总是存在本征激发的电子空穴对，所以在n型半导体中电子是多数载流子，空穴是少数载流子。相应地，能提供空穴载流子的杂质称为受主(acceptor)杂质，相应能级称为受主能级，位于禁带下方靠近价带顶附近。例如在锗或硅晶体中掺入微量三价元素硼、铝、镓等杂质原子时，杂质原子与周围四个锗（或硅）原子形成共价结合时尚缺少一个电子，因而存在一个空位，与此空位相应的能量状态就是受主能级。由于受主能级靠近价带顶，价带中的电子很容易激发到受主能级上填补这个空位，使受主杂质原子成为负电中心。同时价带中由于电离出一个电子而留下一个空位，形成自由的空穴载流子，这一过程所需电离能比本征半导体情形下产生电子空穴对要小得多。因此这时空穴是多数载流子，杂质半导体主要靠空穴导电，即空穴导电型，称为p型半导体。在p型半导体中空穴是多数载流子，电子是少数载流子。在半导体器件的各种效应中，少数载流子常扮演重要角色。

编辑词条

开放分类：

技术、电子、半导体物理

参考资料：

1.Introduction to Solid State Physics - by Charles Kittle

半导体应用：

硅是集成电路产业的基础，半导体材料中98％是硅，半导体硅工业产品包括多晶硅、单晶硅（直拉和区熔）、外延片和非晶硅等，其中，直拉硅单晶广泛应用于集成电路和中小功率器件。区域熔单晶目前主要用于大功率半导体器件，比如整流二极管，硅可控整流器，大功率晶体管等。单晶硅和多晶硅应用最广。

中彰国际（SINOSI）是一家致力于尖端科技、开拓创新的公司。中彰国际（SINOSI）能够规模生产和大批量供应单晶硅、多晶硅及Φ4〃- Φ6〃直拉抛光片、 Φ3〃- Φ6〃直拉磨片和区熔NTD磨片并且可以按照国内、外客户的要求提供非标产品。

单晶硅

单晶硅主要有直拉和区熔

区熔（NTD）单晶硅可生产直径范围为：Φ1.5〃- Φ4〃。直拉单晶硅可生产直径范围为：Φ2〃-Φ8〃。

各项参数可按客户要求生产。

多晶硅

区熔用多晶硅：可生产直径Φ40mm－Φ70mm。直径公差(Tolerance)≤10%，施主水平＞300Ω.㎝，受主水平＞3000Ω.㎝，碳含量＜2×1016at/㎝3 。各项参数可按客户要求生产。

切磨片

切磨片可生产直径范围为：Φ1.5〃- Φ6〃。厚度公差、总厚度公差、翘曲度、电阻率等参数符合并优于国家现行标准，并可按客户要求生产。

抛光片

抛光片可生产直径范围为：Φ2〃- Φ6〃，厚度公差、总厚度公差、翘曲度、平整度、电阻率等参数符合并优于国家现行标准，并可按客户要求生产。

高纯的单晶硅棒是单晶硅太阳电池的原料，硅纯度要求99.999％。单晶硅太阳电池是当前开发得最快的一种太阳电池，它的构和生产工艺已定型，产品已广泛用于空间和地面。为了降低生产成本，现在地面应用的太阳电池等采用太阳能级的单晶硅棒，材料性能指标有所放宽。有的也可使用半导体器件加工的头尾料和废次单晶硅材料，经过复拉制成太阳电池专用的单晶硅棒。

单晶硅是转化太阳能、电能的主要材料。在日常生活里，单晶硅可以说无处不在，电视、电脑、冰箱、电话、汽车等等，处处离不开单晶硅材料；在高科技领域，航天飞机、宇宙飞船、人造卫星的制造，单晶硅同样是必不可少的原材料。

在科学技术飞速发展的今天，利用单晶硅所生产的太阳能电池可以直接把太阳能转化为光能，实现了迈向绿色能源革命的开始。现在，国外的太阳能光伏电站已经到了理论成熟阶段，正在向实际应用阶段过渡，太阳能单晶硅的利用将普及到全世界范围，市场需求量不言而喻。

直拉硅单晶广泛应用于集成电路和中小功率器件。区域熔单晶目前主要用于大功率半导体器件，比如整流二极管，硅可控整流器，大功率晶体管等。

区熔（NTD）单晶硅可生产直径范围为：Φ1.5〃- Φ4〃。

直拉单晶硅可生产直径范围为：Φ2〃-Φ8〃。

硅单晶被称为现代信息社会的基石。硅单晶按照制备工艺的不同可分为直拉（CZ）单晶硅和区熔（FZ）单晶硅，直拉单晶硅被广泛应用于微电子领域，微电子技术的飞速发展，使人类社会进入了信息化时代，被称为硅片引起的第一次革命。区熔单晶硅是利用悬浮区熔技术制备的单晶硅。它的用途主要包括以下几个方面。

1、制作电力电子器件

电力电子技术是实现电力管理，提高电功效率的关键技术。飞速发展的电力电子被称为“硅片引起的第二次革命”，大多数电力电子器件是用区熔单晶硅制作的。电力电子器件包括普通晶闸管(SCR)、电力晶体管GTR、GTO以及第三代新型电力电子器件——功率场效应晶体管(MOSFET)和绝缘栅双极晶体管(IGBT)以及功率集成电路(PIC)等，广泛应用于高压直流输电、静止无功补偿、电力机车牵引、交直流电力传动、电解、励磁、电加热、高性能交直流电源等电力系统和电气工程中。制作电力电子器件，是区熔单晶硅的传统市场，也是本项目产品的市场基础。

2、制作高效率太阳能光伏电池

太阳能目前已经成为最受关注的绿色能源产业。美国、欧洲、日本都制定了大力促进本国太阳能产业发展的政策，我国也于2005年3月份通过了《可再生能源法》。这些措施极大地促进了太阳能电池产业的发展。据统计，从1998—2004年，国际太阳能光伏电池的市场一直保持高速增长的态势，年平均增长速度达到30%，预计到2010年，仍将保持至少25%的增长速度。

晶体硅是目前应用最成熟，最广泛的太阳能电池材料，占光伏产业的85%以上。美国SunPower公司最近开发出利用区熔硅制作太阳能电池技术，其产业化规模光电转换效率达到20%，为目前产业化最高水平，其综合性价比超过直拉单晶硅太阳能电池（光电转换效率为15%）和多晶硅太阳能电池（光电转换效率为12%）。这项新技术将会极大地扩展区熔硅单晶的市场空间。据估计，到2010年，其总的市场规模到将达到电力电子需求规模，这是本项目新的市场机会。

3、制作射频器件和微电子机械系统（MEMS）

区熔单晶还可以用来制作部分分立器件。另外采用高阻区熔硅制造微波单片集成电路（MMIC）以及微电子机械系统（MEMS）等高端微电子器件，被广泛应用于微波通讯、雷达、导航、测控、医学等领域，显示出巨大的应用前景。这也是区熔单晶的又一个新兴的市场机会。

4、制作各种探测器、传感器，远红外窗口

探测器、传感器是工业自动化的关键元器件，被广泛应用于光探测、光纤通讯、工业自动化控制系统中以及医疗、军事、电讯、工业自动化等领域。高纯的区熔硅单晶是制作各种探测器、传感器的关键原材料，其市场增长趋势也很明显。

图片参考：

http://www.sinosi.com/chinese/Products%20Gallcry/Semi-Silica/Semi-Conductor%20Silicon.htm

http://www.istis.sh.cn/list/list.asp?id=2214

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