SMT与COB技术在无线寻呼机中的开发应用

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Vol󰀁19No󰀁6ElectronicsProcessTechnology231

SMT与COB技术在无线寻呼机中的开发应用

东南大学ASIC工程中心󰀁󰀁陈健人󰀁李红󰀁(南京󰀁210018)

摘要󰀁表面贴装技术(SMT)和板载芯片技术(COB)在当今电子产品组装中起着愈来愈重要的作用。从工艺方案的确定至具体工艺实施,对SMT及COB混装工艺在无线寻呼机生产中的应用开发作了介绍,最后阐述了功能测试架的设制。

关键词󰀁󰀁表面贴装技术󰀁板载芯片技术󰀁测试

SurfaceMountingTechnologyandchip-on-BoardTechnologyAppliedtoRadioMessageReceivers

ChenJianrenLiHong

Abstract󰀁NowadaysSuraceMountingTechnology(SMT)andChip-on-Board(COB)Tech-nologyarebeeningplayedmoreandmoreimportantroleinpackagingelectronicsproductions.Inthepaper,BothSMTandCOBappliedtoRadioMessageReceives,whichcoversthetechnologicalschemebeingdeterminedtothetechnologicalprocessbeingexecuted,areintroduced.Thenthedesignofthetestingtoolforfuctionsisrecountedonend.

KeyWords󰀁󰀁SMT󰀁COB󰀁Test󰀁󰀁为适应电子产品向轻、薄、小、信息传递快、多功能、高可靠及低成本的发展方向,表面贴装技术(SMT)已得到越来越广泛的应用。SMT属于高引线数的元器件安装技术,一般间距为1󰀁27mm,小间距为0󰀁8382mm、0󰀁635mm、0󰀁508mm。这种趋势使器件的微细间距越来越小,目前的元器件中封装无法实现,只有将裸芯片直接安装到芯片上,即采用所谓板载芯片技术(COB)。COB技术可分为三大类:芯片和引线、带自动健合(TAB)和倒装芯片。

东南大学ASIC工程中心自行开发研制了无线寻呼机、中文机、股票接收机等多种通信产品。在产品中试阶段,我们结合国外先进技术及自身设备条件探索了一套适合以上产品中试生产的SMT及COB混装工艺,为产品的大规模生产奠定了良好的基础。

1󰀁工艺方案的确定

无线寻呼机内部一般由高频信号接收板(RF板)和数字信号解码板(AF板)组成。由于RF板

上即含有电阻、电容、三极管、IC等SMD元件,又含有天线、晶振、晶体滤波器、插座等接插件,SMD与接插件位于PCB板同侧,因此采用SMT单面板混装工艺。AF板中,解码片MCU选用美国摩托罗拉芯片MC68HCO5L9,该IC芯片管脚数32󰀁4,SMD封装的IC外形尺寸为32mm󰀁32mm,而裸芯片实际尺寸为6mm󰀁6mm。为使MCU芯片与其他众多的SMD、接插件安装在面积为30mm󰀁65mm的AF板上,只能选择裸芯片的COB封装。虽然在工艺上由于三种不同类型的元件混装给工艺带来了一定难度,但却获得更高的覆盖面积效率。

SMT与COB混装工艺按前后顺序一般有二种工艺流程,如图1所示。

工艺流程󰀁:准备工作

COB

SMT

焊接

总检测

工艺流程󰀁:准备工作

SMT

COB

焊接

总检测

图1󰀁SMT与COB混装工艺的二种工艺流程

陈健人,1963年出生,1984年毕业于南京工学院,工程师,现从事通讯产品的开发及工程生产化研究。󰀁󰀁232󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁电子工艺技术󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁第19卷第6期

󰀁󰀁在工艺流程󰀁中,由于裸芯片的自动键合引线和封胶保护过程是在PCB板上没有任何元器件的情况下进行的,因而实现起来比较方便,这是它的优点。但是,在经过下一步的贴片流程之后,组装好的芯片必须随贴片元器件一起过回流焊红外炉(在熔锡区的温度高达250󰀁)会带来诸多不利因素。(1)组装好的芯片不可避免地受到热冲击,芯片本身损坏几率增大,影响成品率和可靠性。

(2)由于芯片及黑胶会吸收热量,使背面附近的SMD不完全熔锡,造成受热不均匀而影响焊点质量。

(3)易导致黑胶脆化,甚至开裂,铅丝引线断开。

工艺流程󰀁一方面能有效地避免了以上问题,另一方面由于剩余元件减少,探针数量大为减少,给AF板功能测试架的制作带来方便,亦使可靠性加大,故最后确定AF板采用流程󰀁。但在PCB板布线时,应避免在裸片中心位置附近、焊头安全移动规程内摆放SMD,以防损坏焊头。

图2为无线寻呼机整机生产工艺流程图。

下面仅讨论有关SMT与COB生产工艺中的几个重要环节。

2󰀁1󰀁SMT工艺流程

(1)PCB板先期处理

PCB板清洗选用三氯乙烷及异丙醇的混合清洗剂。清洗后进行烘干,时间为30~60min,温度控制在100󰀁~150󰀁。烘干后不应多停留。

(2)丝网印刷

由于SMD多数为0805微型系列,选用0󰀁12mm厚度不锈钢丝印网板。网板以六拼板方式,提高效率。PCB板放置要与丝网水平且空间尽可能小,调整刮刀参数(角度、压力、速度)到最佳状态,丝网每印一次用粘有酒精的棉布擦净。

(3)贴片、熔锡

编好AF、RF板贴片工艺图,以拾放头行程最短为佳。贴片在雅丽公司M500高精度、中速贴片机上完成。该设备含有贴片、点胶两大功能,配有微机及监视器。首先基板和料架的调式、校准,通过微机自动控制拾放头将SMD准确无误地放在要贴的位置上。调试后即可按编好的程序自动贴片。贴片完毕,过红外炉熔锡。2󰀁2󰀁COB工艺

(1)点胶放片

为使裸芯片固定在PCB板上,选用物理和化学特性稳定,导电性能良好的胶粘剂。例如环氧树脂粘合剂(HYSOL)、导电银浆等。凝胶温度90󰀁~120󰀁,时间5min。另外在PCB板布线时,将裸芯片放置中心设计成󰀁田󰀁字形大面积接地,以利芯片接触良好、工作可靠。

(2)芯片自动键合

裸芯片与PCB之间的引线采用󰀁ASM󰀁公司AB509型自动铝线焊接机进行压焊完成的,引线线径为0󰀁025mm~0󰀁050mm,以使压焊良好。

a.必须合理调校铝线线尾长度(在第二点焊完后从焊头前端伸出的线长),线尾长度应刚好足够使全长度都压焊上。如果线尾太长时,在某些器件中因第一焊点存在尾巴可能不予接受;相反,如线尾太短,则将不足全长度压焊。很可能因过分变形而引起焊接不良。

b.焊接压力是决定焊线质量的重要因素。当焊

图2󰀁无线寻呼机整机生产工艺流程

2󰀁工艺的实施接压力调得不当时,铝线不能在所焊的表面上粘住,或当焊上的线容易剥离时,则表明焊接压力过大。1998年11月󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁陈健人等:SMT与COB技术在无线寻呼机中的开发应用

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c.焊接时间、焊接功率、线弧高度、覆位高度等参数,依据芯片和PCB等的不同随时编程调整。

(3)测试、封胶

裸片自动键合后,点黑胶保护,黑胶材料AYSOLEO1016,使用前,放在30󰀁~40󰀁的点胶台上搅拌均匀,固化温度150󰀁,时间1~2h。2󰀁3󰀁品质控制

品质控制贯穿于整个生产线

󰀁进料检验:抽样检查元件的型号、标称值,SMD端点及插件脚粘锡性,锡浆、焊丝可焊性,晶体频偏、喇叭响度等。

󰀁SMD过炉熔锡、裸片自动键合、焊接插件工序后,用40倍体视显微镜目检,要求:

a.SMD贴装位置不偏移,无翻转、直立现象。b.熔锡状况良好,焊点平滑、光亮,无虚焊、短路。c.IC、极性元件方向正确。d.压焊丝无断线、碰线、剥落。

󰀁封胶前后,功能测试架检验单板功能󰀁整机出厂前高低温、老化实验。发现故障记录及时返修。3󰀁功能测试架的设制

功能测试就是将PCB板上的被测单元和外围电路作为一个功能体,对其提供输入信号,按照功能体的设计要求检测输出信号。为确保AF板按照设计要求正常工作,在封胶前后,功能测试架是必不可少的检测工具。设计总体框图如图3所示。

󰀁󰀁探针和夹具作为测试系统和测试组件之间的接口,是测试的关键构件。由于PCB板上元件密度大,引线间距细,检测触点小,对探针和夹具的精度、可靠性及导电性要求很高。为此,我们从PCB板的绘图软件中调出定位销,探针触点的精确数据,用数控机床定位打孔。探针选用󰀁先得利󰀁公司CIL系列触针,它是由套管、弹簧、蔽孔珠和针杆所组成。触针尖端镀有抗蚀性极佳的白金,具有导电率高,机械和化学特性稳定等优点。根据不同形状触点,选用不同形状触针头。例如,电源接地选用接触面较大的圆柱形触针;对于带有锡珠的凸形触点,采用凹形触针,而过孔触点则采用直径细小的锥形触针。现场测试表明,该设备成本低、性能可靠、方便实用。4󰀁结束语

工程中心自行开发研制的无线寻呼机已完成中试阶段,产品合格率达98%以上,整机抽样送邮电部入网检测,各项指标均已达到,并对产品内部的组装工艺给予肯定和认可。目前,我们已与南京熊猫电视机厂、无锡电子设备厂、北京金峰通信有限公司合作,进行各类通信产品的大规模生产,无线寻呼机投放市场后,由于性能先进、工艺新颖、质量可靠,受到用户普遍赞誉,从而获得了较大的效益。

参考文献

1󰀁宣大荣,韦文兰,王德贵󰀁表面组装技术󰀁北京:电子工业出版社,1995

2󰀁多田盛(日)󰀁电子工艺技术,1991;(3):28

收稿日期:1998-06-26

图3󰀁AF板功能测试架总体框图