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爲可程式元件注入靈魂-IC燒錄器

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金創圖动态
2018/01/08

在可程式元件选择众多的今日,您可以轻易地将数佰万位元的程式和资料永久地保存在FLASH / EPROM中,或是将百来颗的传统数位元件塞进一个指甲般大小的CPLD / FPGA之中;也可以将整个微电脑化为一颗单晶片。只要研发工程师有创意就有可能在他的实验桌上,完成这件现今认为稀松平常的事。

回想在微处理器刚兴起的年代,只有部份的公司有能力去开光罩,订作一个MASK ROM或是一个ASIC,其中除了费用昂贵外,还要承受著很大的风险和不少的库存压力。

随著半导体厂商的推陈出新,陆续出现了可以由使用者程式化的元件,例如储存资料的非挥发性记忆体PROM、EPROM、EEPROM、FLASH EPROM…等等,容量由早期的几K bits到2002年可能供货的1 G bits。而早期只能用TTL来设计的数位电路也逐渐地被PLD所替代,由简单的PAL到现在百万GATE COUNT级CPLD / FPGA。再配和上IC烧录器厂商提供的工具日新月异,让“在桌上就可以定制IC”的美梦成真。

燒錄器的分類

烧录器依使用的需求,大概可以分为研发用和量产用两大类型,不同的使用目的也造就了不同的设计理念和特性, 分别叙述于下:

一、 研究发展用

依據可以處理元件的種類和功能,研發用的燒錄器又可以細分爲單一功能型和萬用型。針對單一種元件提供簡單功能的單一功能型燒錄器,通常有使用簡單價格低廉的優點,但同時也有著無法擴充,品質良莠不齊的問題。由于此類産品的技術門檻低,所以市場上充斥著各種選擇,不管是專業的或玩票性質的供應商,只要價格便宜,就上的了貨架。

如果說您只是爲了單一的開發任務,只需用到EPROM、MCS-51或PIC等簡單元件,又不希望不穩定,良率差耽誤您的開發時程,專業燒錄器制造商或是IC原廠授權生産的産品大概是您比較好的選擇。

目前的主流产品,应该是万用型烧录器( Universal Programmer ),站在研发工程师的立场,可以应用在产品开发上的可程式元件何其多,同一个设计案中混用单晶片、FLASH 、EPROM、CPLD的机会比比皆是。

買一台透過軟體升級,就可以支援數仟種IC的萬用型燒錄器,雖然售價貴了些,但長遠來看是不錯的選擇。

對燒錄器的制造商來說,萬用型燒錄器最主要的困難和挑戰來至于半導體廠商的推陳出新,目前市面上燒錄的元件大約在4000顆上下,每年又以300~500顆的速度在新陳代謝,這還不含上舊元件更新燒錄演算法的數量,所以萬用型燒錄器的廠商就必需有一個龐大的研發團隊,面對永無止盡的軟體更新,不但速度要快,還要完全正確無誤,否則很快就被淘汰出局,另外絕大部份的IC原廠也不會任由市場上良莠不齊的燒錄器産生大量的不良,造成糾紛無法解決,所以只會對認證過的少數優良廠商提供IC樣品和燒錄演算法(Algorithm)。最後新進入的競爭者又必需面臨一次支援4000種以上元件,其中所需要入的龐大人力和費用更令人望之卻步。

由此可知这项产品进入门槛之高,维系不坠之难,个中甜蜜辛酸点滴在制造厂商心中,也难怪这些年来欧洲, 美国, 日本 等先进国家的主要厂商都淡出了市场,大陆、韩国等又未出现大的竞争对手,在台湾的业者持续耕耘之下, 又造就了另一项世界第一( 预估出货数量超过50%以上的市场占有率 )。

二、量産型 

這一類的燒錄器通常已經歸屬到生産設備的範疇,售價不是最大的考慮,良率、穩定、産能和服務才是重要的決定因素。影響元件燒錄良率的要素有三:燒錄器、IC的制程更動、操作人員;其中燒錄器又占了最重的比重,只要設計良好,完全遵守IC廠商規範的Algorithm,並隨時配合IC制造商的變更,在最短時間內讓使用者能有最佳的燒錄方法可用,再加上恰到好處的防呆設計,避免操作人員的疏失,如此才造就出了近乎完美的燒錄良率。

而生産單位不比辦公室,除了環境因素複雜之外,一天8小時甚至24小時的長時間使用,燒錄器的穩定度就決定了您的生産線會不會斷線。再者如果您是在燒錄FLASH/EPROM或其它大容量的IC就要考慮到燒錄器的産出率,在同樣合乎IC的規範下快慢的差異可能達數倍之多,考量您的工時和整體産能,産出率也是一大重點。如果前面幾點比較起來差異不大,那燒錄器廠商的快速服務和永續經營就決定了一切,畢竟生産線不可能“停線待機”。

筆者個人淺見認爲除了前述點外,一台可以不接電腦能獨立運作、操作簡單,又可以更換衆多模組的量産燒錄器才是您的上上之選。

量産用的燒錄器早期幾乎都是國外知名品牌的天下,高達幾十萬甚至佰萬的售價更是國內廠商的一大負擔,近年來由于國內供應商的努力和精進,物美價廉又高品質的量産燒錄器,大量滿足了國內的市場需求,對于台灣的PC産業能成爲世界第一,也算小有供獻。

一些隱藏的成本問題

在您衡量購入燒錄器需要多少預算時,有些隱藏在背後的成本和可能遇上的麻煩也是您必需計算內的:

不良率所帶來的直接金錢損失

一般设计良好的烧录器,不良率大概是0.15 % 到0.3%,甚至可以用ppm来计算,有的烧录器却有可能失控到2% - 3%;其中的差异即代表著 - 您每处理一百颗IC即有两三颗不良和损坏。先不论每颗IC的单价是高是低,一段时日之后,也许您当初购买烧录器时所省下的金额又都倒贴回去,当然这都还未算入工时的增加,交期的延后……等等影响。

资料流失(Data Lose)所造成的梦靥

當您燒錄器燒好並判爲PASS的IC,焊上了PCB,鎖好了外殼,甚至出貨到了客戶手上,才發覺開不了機,功能不正常,幾番波折後才發覺,原來是BIOS或單晶片內的程式及資料流失了!向客戶道歉、回收不良品、扣貨款,還造成了商譽受損!而生産單位和工程師又是一番驚天動地的開會檢討、忙亂和重新加工。

這些情況並不是只出現在惡夢當中,而是時有所聞的事情。任何的問題防範于未然是最有智慧的,爲了避免日後的惡夢成真,您在選購燒錄器時就不能不更慎重了。

燒錄器的SOCKET是消秏品

烧录器都有SOCKET(或称TEXTOOL TM),用来置入待处理的元件,一般来说接触的磨损和机械性的疲乏,让SOCKET成了有使用寿命的秏材。 DIP包装的SOCKET大约是15,000到20,000次,PLCC, TSOP或QFP等更精细的SOCKET更只有10,000到15,000次的使用寿命;超过了使用次数后,良率就有可能降低,甚至会完全不能烧录,所以定期或定量更换SOCKET是必要的支出。

燒錄器支援元件的數量和新元件的支援能量評估

如果您是研发工程师,烧录器支援的元件种类和数量是您第一个要比较的条件,然而众多的IC包装(如DIP、PLCC、SOP、TSOP、VSOP、QFP、TQFP、μBGA……等)也是日后扩充时的一笔支出,有的烧录器因为不是真正的万用型, 光是配合PLCC包装的IC就有超过上百个的模组,以平均3,000~5,000元的单价来计算,可真是一笔不小的负担。所以有的厂商推出了真正的万用型烧录器,每一个Pin Drive都有Vcc,Vpp,GND,CLOCK和逻辑讯号, 才能在一个PLCC模组中就支援了所有的接脚型式(由20-84Pin, SOP模组是由8到44Pin), 虽然购入时较一般的烧录器为贵,但是长远来看,还是划算的。

此外低耗电的IC,是目前的主流产品, 3.3V、3V、2.5V都己非特殊,1.8V的元件更是接踵而来,FLASH EPROM、单晶片、CPLD都有这电源规格的编号,毕竟低电压带来的好处不只是省电、速度快、不发热,也是半导体制程改变中不得不的选择。

所以烧录器不只是要能送出1.8V的电源给待测IC,逻辑讯号的准位如果不能随著调整,处理IC时就有可能造成Latch Up问题。 ( 注:当IC的输入接脚的电压低过GND或高过VCC时,就有可能产生瞬间的大电流,造成IC的特性改变或永久损坏 )

燒錄元件的前置檢查

为了避免人为的疏失,在使用者将IC置入SOCKET时,烧录器应该可以对IC的每一个Pin进行接触检查,以排除元件放反、移位、或IC接脚数目不正确;通过接触检查后再辨认元件的ID Code以确认IC厂牌及型号无误。

只有通过严密的前置检查,烧录器才可以送出电源和讯号开始处理IC, 这点对于越来越精密的SMD元件非常的重要。

結論

更快的速度,更大的容量,更精密的包装,更多的接脚,更低的操作电压,半导产业的一日千里,带来了快速而巨大的改变,您除了随时吸收新讯息,研发出更好的产品,生产更多更有价值的商品外,您所选择的IC烧录器,是否也能跟随您的脚步大步向前,助您一臂之力?还是延宕您的工作,造成时间和金钱的损失呢? 相信这点值得所有的烧录器制造商和使用者的您细加思量。