资源封装 篇1
在市场竞争日益激烈的今天,制造业必须以最短的周期、最好的质量、最低的成本和最佳的服务开发出最新产品。如何快速响应市场,以最短的时间开发出用户接受的新产品,在竞争中求生存谋发展,已成为企业共同追求的目标。我国制造业大多举步为艰,其症结在于市场响应能力差,缺乏敏捷应变能力。我国企业现在普遍面临的基本问题是:
1)资源的不完整性(non-integrality)和分散性(dis-tribution);
2)资源供需错位现象;
3)企业间合作效率低;
4)资源的重复建设和资源的“储备”现象;
5)资源共享的困难。
日益深化的社会分工的专业化,使得企业之间的紧密合作和协同成为必然选择和赢得竞争的制胜法宝[1]。网格是一种实现资源快速共享和最佳配置的通用软件支撑环境。制造网格的实质在于将各种分散异构和动态资源如各种装备、设计软件、管理系统、信息仓库、技术知识等,从其所有者手中以网格服务的形式提供给资源的消费者[2]。本文针对我国企业资源和能力的残缺不全和协同共享困难这些基本问题,提出一种对制造资源封装为服务而共享的方法。
2 开放网格服务体系结构(OGSA)
开放网格服务结构OGSA(Open Grid Services Archi-tecture)[3,4]是继五层沙漏结构之后最重要,也是目前最新的一种网格体现结构,被称为是下一代的网格结构。在OGSA中,实现的将是对服务的共享。从资源到服务这种抽象,是将资源、信息、数据等统一起来,十分有利于灵活的、一致的、动态的共享机制的实现,使得分布式系统管理有了标准的接口和行为。
OGSA还定义了“网格服务”(Grid Service)的概念。网格服务是一种Web Service[5],该服务提供了一组接口,这些接口的定义明确并且遵守特定的惯例,解决服务发现、动态服务创建、生命周期管理、通知等问题。简单地说,网格服务=接口/行为+服务数据。
OGSA的两个支撑技术是网格技术(即Globus软件包)和Web Service。Globus是已经被科学与工程计算领域广泛接受的网格技术求解方案,Web Service是一种标准的存取网络应用的框架。
3 制造资源的网格化封装
通过将各种制造资源封装成服务,使得资源、信息、数据等统一起来,有利于灵活、一致、动态的共享机制的实现,使得分布式系统管理有标准的接口和行为,各种资源对用户都是透明的。
3.1 制造资源的网格化封装
由于OGSA以“服务”为中心,实现的是服务的共享,一切具有特定功能的网络化实体都是网格服务,包括计算机、程序、数据、仪器设备等。因此,如何把制造资源(包括设备资源和设计软件资源)完整、规范地描述和封装成网格服务,是我们面临的首要问题。对资源封装成网格服务包括两个步骤。一是对制造资源的具体描述,提出了基于STEP/XML/WSDL来描述制造网格中制造资源,这为下面的接口实现打好了坚实的基础。以XML文件作为中介,实现STEP到WSDL的转换。这种方法的实现要分两步走:第一步是完成STEP到XML的转换;第二步是通过XML文件作为中介进行的,实现了STEP到WSDL的转换。二是把服务接口和操作抽象出来,描述成WSDL文件,并真正实现接口,具体实现方法如下。
1)接口定义。服务接口是制造网格服务与制造网格内、外网格之间件通信和交互的途径,定义了一组通过交换定义的消息序列(如方法调用的输入参数等)进行调用的操作。服务接口对应WSDL中的端口类型,包括四个方面:一是操作,即制造网格服务支持的各种操作;二是端口,即制造网格服务的访问端口,制造网格中间件通过端口调用服务;三是通信,即制造网格中间件与制造网格服务提供者之间的信息交换和指令传达;四是权限验证,即调用和访问制造网格服务前进行的身份和权限鉴别。
2)接口实现。当WSDL文档定义好后,采用WS-DL2Java方法,将WSDL文档映射为Java文件,并在Java中真正实现诸如接口(Port Type)、操作(Operation)、绑定(Binding)等具体内容,并编译为Class。
3)实现服务。所有远程可用的操作必须是公用的并抛出异常到PortType接口中定义的java.rmi.RemoteException。必须从OGSA框架中继承ServiceSkeleton类,必须实现GridServce、PortType接口及其他网格服务核心功能。
4)部署服务。
5)服务质量(QoS)的定义。在网格服务封装的过程中,每一个服务的特殊性体现在其功能的描述和实现。因此,制造网格节点构建的与一般网格节点构建的不同之处就在于其具体功能接口的定义。制造网格服务封装的部分代码如下:
完成上述两个步骤后,系统资源就被描述和封装成为网格服务,并支持服务注册和发现。
3.2 网格服务的注册
网格服务封装后,通过发布到Web服务检查语言(Web Service Inspection Language,WSIL)文档进行注册,以便实现服务发现、部署和调用。服务的注册主要包括本地服务注册和远程服务注册。远程服务注册的步骤如下。
1)创建一个全局注册服务(Global Registry Server,GRS),它提供了远程服务注册接口。
2)注册远程服务。调用GRS的远程服务注册接口进行注册。注册后,该服务会被分配一个GSH,并保存到远程服务列表中。
3)远程服务提供了本地服务注册和远程服务注册。
4)远程服务还可以注册远程服务,这样逐层注册,形成树形结构,便于分类管理和分布式服务发现。
3.3 网格服务的发现
服务的部署过程同时也是服务发布的过程,此时,网格会根据该服务所在IP地址、端口,以及部署的位置等信息,为其分配一个全球唯一的网格服务标识符GSH。
当用户通过客户端界面提交任务请求时,客户端首先用任务描述语言将用户的请求描述为XML文件,并将XML文件传给全局过程规划(GPP)分析模块;GPP分析模块对接收到的任务进行解析,确定完成任务的宏观工作流程,并向Registry服务发送请求;Registry服务针对工作流程中的每个阶段,分别搜索合适的网格服务,并将发现的网格服务列表GSIL文件的格式返回给用户,供用户选择。
4 基于网格服务的资源协同共享的设计
在制造网格体系构架中,关注的焦点并不是资源本身,而是资源的所能提供的跨越多个组织机构的消息交换服务。一个孤立的不被使用的资源仅表明其有使用价值,不能表明它具有真正的价值或交换价值———即价值的表现形式。网格服务的定义,使得任意的、临时的资源共享变得可能。网格服务是对资源的抽象,同一个网络资源可映射为多个网格服务。
虚拟组织的定义[6]为:一个基于柔性的、安全的、协同的资源共享及协同的问题求解规则所定义的动态的个体、组织/机构和资源的集合体,就被称为虚拟组织(Virtual Organization)。虚拟组织就是根据这些(柔性的、安全的、协同的)资源共享及协同问题求解规则所界定的单个或集群式的网格服务所形成的更高一个层次的集合和动态组合体(ensembles)或综合体。这些组合体可大可小,寿命可长可短,既可以是单体制的或多体制的(multi-institutional),也可以是同构的或异构的。
具体可以用资源封装模型来说明,如图1所示。图中描述的是对加工机床和工艺知识这两种资源进行了封装的模型的分析。网格服务提供商根据不同类型模具资源和加工工艺知识,设计出制造资源外报能力网格服务接口,并在制造网格注册中心进行注册供终端用户检索、发现和使用。正是通过对资源的网格封装所提供的临时服务,及基于网格服务所创建的动态虚拟组织,制造网格以非集中的方式,为解决资源残缺不全的中小企业实现任意的资源共享提供了技术途径。
如果说网格服务是对资源在网格化空间的抽象,那么虚拟组织可以被理解为现实的真实组织/机构在网格化空间的抽象和映射,虚拟组织的运作则对应于现实世界的商务流程和规则,在网格空间对网格服务进行重新装配和组合。因此,网格以一种全新的、覆盖一切的,普遍的体系来重新建立资源共享机制,通过对资源进行规范化和标准化封装形成网格服务,使得任何人可以与任意的现实世界里的真实组织进行直接的信息共享。
5 制造网格资源封装的实现
模具企业是一个典型的制造企业,有很好的代表性。模具制造行业属于多品种单件小批量生产方式,在模具制作的过程中牵涉到大量的协同和资源共享问题。根据模具制造行业的专业化分工的特点以及模具制作的整个业务流程的特点,模具企业之间的最典型的协同过程可分为三大类:
1)模具订单外包;
2)加工外协;
3)采购服务。
针对模具企业的这三种外向业务,采用网格技术来实现模具企业间这三种服务:即实现订单外包服务、零部件的加工外协服务和采购等业务。在模具制造网格系统中,这三种协同过程都可以采用制造网格中的“请求/响应”的机制来实现广义制造任务和制造订单的全生命周期管理,以制造项目的形式实现制造服务的执行过程。一个典型的网格环境下的模具制造业务流程与制造服务响应流程如图2所示。
具体描述为,一个建筑工程公司急迫需求一定数量的订单支架,公司通过一个专门的产品用户界面,向其输入需要数量订单的要求,具体就是标准化产品的描述、订单约束、工艺过程说明、输入方式、交货期、价格、质量等一些上限和下限的要求。产品用户界面把这些订单的要求提交给一个订单代理“order agent”,订单代理按要求把这个消息发布到网格上,发现候选的企业,反馈给产品用户界面的信息是存在多家制造企业满足订单原材料的要求,而且这其中有几家制造企业还能满足交货期需求,订单代理建立有效的运输分配。后来一个自动的流通过程从这些制造企业中根据订单要求确定最低的费用,而且开始进行物流,这个订单代理同时对这个制造网格的生产过程进行实时监控和任务的分派,以及对交通运输系统即物流系统进行确认。假如在运输过程中,有一部传递卡车在物流过程中出现抛锚现象,网格会自动分派另一部车进行物流,这部车会顺利到达那部抛锚的车的地方进行继续传输物品,从而成功地完成订单。同时这个抛锚的车会在网格的控制下被托走并进行维修。所以这样下来这个行程安排过程的执行就认为是交易正常,而且客户也是保持被告知的。
各模具制造企业资源通过封装和注册成为模具网格中的制造服务域,某核心模具企业可以通过制造服务域扩展连同其下游提供商形成稳态制造服务域联盟。
6 结束语
本文叙述了网格的开放网格服务体系结构OGSA以及其两大支撑技术Globus和Web service,根据网格化制造资源的描述,对企业的制造资源进行网格化封装以形成网格服务,为最终解决制造资源最佳配置以及与流程控制等相关问题奠定理论基础,为提高企业竞争力提供先进的切实可行的实现途径。最后通过一个模具企业的运用进行了分析和验证。
摘要：分析了制造业企业中制造资源协同共享的重要性和需求的迫切性,以及解决资源协同共享的困难和挑战。简单叙述了OGSA,并详细分析了对企业的制造资源进行网格化封装以形成网格服务,以及网格服务的注册和发现问题,设计出基于网格服务的资源协同共享系统框架,并实现了制造网格资源的封装,为最终解决制造资源最佳配置以及与流程控制等相关问题奠定理论基础,为提高企业竞争力提供先进的切实可行的实现途径。
关键词：开放网格服务体系(OGSA),制造资源,资源封装
参考文献
[1]张平,郑德涛,陈新,孙健.面向模具制造的资源分类及网格化封装机理研究[J].系统仿真学报,2006,18(8):445-449.
[2]黄艳丽.面向项目群管理的资源网格化封装机理研究[J].微计算机信息,2007,23(11):22-24.
[3]T.DeFanti,I.Foster,M.E.Papka,R.Stevens,and T.Kuh-fuss,Overview of the I-WAY:Wide Area Visual Supercomputing[J].International Journal of Su-percomputing Applications,1996,10(2):123-130.
[4]Gabrielle Allen,Cactus Grid Computing[EB/OL],http://www.cactuscode.org/Presentations/Eu-ropar_August01.ppt.
资源封装 篇2
关键词：QFN,返修,工艺
1 引言
QFN (Quad Flat No-Le ad Package) 即四侧无引脚扁平封装, 是一种相对比较新的IC封装形式, 它将QFP的引脚折到封装底部, 是QFP的改进型。QFN为表面贴装封装;无引脚焊盘设计占有更小的PCB面积;组件非常薄, 厚度小于1m m, 可满足对空间有严格要求的应用;非常低的阻抗、自感, 可满足高速或者微波的应用;具有优异的热性能;重量轻, 适合便携式应用。
由于其独特的优势, QFN封装器件应用得到了快速增长。为了满足产品小型化要求, 降低因工作频段提高带来的寄生参数和分布参数的影响, 随着公司工艺能力的提升, 设计师们越来越广泛的采用QFN封装器件, 来完成混频或放大功能。然而, 一旦器件出现桥接、开路、锡球等任何焊接质量问题或器件自身缺陷问题, 都需要将器件拆除后返修, 因“底部即焊端”的特性, 返修也就有了难度。
2 QFN器件返修难度
图1所示的为40脚QFN封装器件, 封装外观呈呈矩形或正方形, 底部具有与底面水平的焊端, 在中央位置有一个大面积的裸露焊端用来导热、增强元件的机械强度, 围绕大焊端的外围四周有实现电气连接的I/O焊端。I/O焊端有两种类型:一种只裸露出元件底部的一面, 其余部分被封装在元件内;另一种焊端有裸露在元件侧面的部分。
由于QFN器件封装独特性, 一旦器件出现桥接、开路、锡球等任何焊接质量问题或器件自身缺陷问题, 都需要将器件拆除后返修, 因焊接点完全处在封装底部, 返修有了难度。返修难度体现在以下方面:
1) 元件轻, 易被热风吹偏位;
2) 高密度的元件排布使得被返修器件周围的元器件容易受到高温干扰, 导致焊点重熔或焊点结构恶化, 从而降低可靠性;
3) 薄小的尺寸使得温度传导快, 内部芯片容易温度过高而受损, 在受潮的情况下易产生“爆米花”现象;
4) 如果PCB的预热不充分, 会导致PCB的分层或变形;
5) 如果加热速度过快, 会导致器件曲翘变形;
6) PCB上的元件排布密度大, QFN周围会排布较多的微小阻容元件, 狭小的空间很难再次进行返修锡铅焊膏的印刷。
3 QFN器件返修工艺流程
QFN器件返修工艺流程图如图2所示:
3.1 确定返修焊接温度
在对QFN器件返修前, 确认QFN器件拆卸和焊接的温度曲线是非常重要的。
曲线参数应符合焊膏制造商的推荐值。由于芯片尺寸和PCB结构不同, 相邻元件不同, 对不同的单板以及QFN器件应做不同的温度曲线。
温度曲线的设置应遵循以下原则:
1) 最小化器件温度, 防止器件内部分层和引线连接失效;
2) 最小化器件各个焊点之间的温差, 以获得最佳的焊点结构, 最小化金属间化合物的生成, 提高可焊性, 减小器件变形;
3) 最小化板上相邻位置的温度, 以防止其它元器件焊点金属间化合物的增长, 防止焊点重熔, 防止元器件分层;
4) 如果PCB有内置地层, 则返修加热时应使PCB底部温度上升到80%以上时, 再进行元器件的拆卸和焊接;
5) PCB的预热是针对整块板的, 切不可只对局部预热, 以防止单板变形损坏, 板上角温度应不低于120℃。
在QFN返修温度曲线测量时, 除了在QFN焊点位置设置测温点外, 还应在器件周边设定测温点, 以便了解在QFN周围多大的距离内需要对元器件进行高温保护。
返修焊接温度和时间要求见表1。
3.2 单板烘烤
返修温度曲线确定后, 要确认QFN器件是否重新使用。对于需要重新使用的QFN器件, 应根据QFN器件的潮湿敏感等级, 将待返修单板进行一定条件下的烘烤, 以除去PCB和QFN器件的潮气。因为对于潮湿敏感器件, 如果没有烘烤就进行返修的拆焊和焊接过程, QFN器件将会因吸潮而在加热焊接中出现器件的内部损伤而失效, 也就失去了重新利用的意义。当然, 还要确认其返修工艺是有铅还是无铅, 两种工艺下器件的潮湿敏感等级是不同的, 不同的潮湿敏感等级对应烘烤方案也是不同的。
3.3 器件拆除
在PCB底面用对流方式加热, PCB顶部用热风喷嘴对元件本体加热。底部加热盘的温度设置为235～325℃, PCB底部离加热盘间隙为25m m。在开启喷嘴的热风之前, PCB须从1～3℃/m in的速度被加热到55±5℃, 喷嘴吹出的热风温度大约为425℃。热风开启以后将喷嘴下降到离元件15～25mm的位置。当回流温度达到以后, 可以应用边缘加热系统向元件底部缝隙中吹热气, 有利于面积较大的中央散热焊点的熔化。加热的同时, 可以在QFN元件的角上插入尖头镊子, 轻轻用力往上挑元件, 一旦所有焊点的焊锡都熔化时, 元件就可以被挑起。
因为QFN元件很小很轻, 所以要严密注意控制加热时间, 避免QFN元件过度受热损坏, 同时, 应注意避免对周边元件的受热影响。
3.4 PCB及Q FN器件焊盘清理
QFN器件拆除后, 使用刀型烙铁头或吸锡编带清理PCB焊盘上的残锡或松香, 保证焊盘的平整度。然后用溶剂清洗, 操作中需要注意, 不要过大面积地擦拭, 以防残留助焊剂随无水乙醇流到周边器件处, 造成焊点污染。
如果QFN器件需要重新使用, 则采用同样方法, 对拆卸下来的QFN器件焊盘进行清理。
返修人员在进行焊盘清理时要特别细心, 避免PCB上焊盘的脱落, 走线脱落或者QFN器件的热损耗。
3.5 焊锡膏印刷
由于QFN所在PCB高密度型特点, 使得QFN器件拆卸后, 在PCB留下的可以再次进行锡膏印刷的空间很小, 难以保证锡膏印刷质量, 因此, 需要根据QFN器件的焊盘尺寸特制返修小模板。在大约50～100倍的显微镜下, 将特制的小钢网的漏孔与PCB上元件的焊盘对准, 用特制的小刮刀印刷焊锡膏, 小刮刀宽度应与元件宽度一致, 以保证一次印刷成功。
3.6 贴片
由于QFN重量很轻, 在回流焊过程中的自对中能力很强, 所以对贴装精度要求不是很高。用于贴装的返工台的XY坐标和旋转角度应该可以作精细调整, 由于焊盘在元件底面, 借助50～100倍的光学成像系统, 可以帮助进行元件对准。将QFN器件放置在返修台的器件放置区, 用返修台的吸嘴将器件吸出, 并直接贴放在PCB上对应的位置。
3.7 焊接
贴装完成后, 整块PCB在返修台的底部加热预热, 然后进行顶部加热, 使用与初次生产时同样的温度曲线重新进行回流焊接, 将QFN器件焊接在PCB上。
3.8 返修质量检测
QFN器件返修后, 仍需要进行X-Ray检测, 通过X-Ray进行透视检查焊点是否有气泡、锡球或其它缺陷, 包括焊点的形状和尺寸, 以判定返修是否合格。
4 结语
QFN器件的返修具有高温破坏性、潮湿敏感性、工艺窗口小等特点, 返修难度和复杂程度都比较大, 采用合理切实可行的返修工艺方法和返修平台, 是保证返修质量的关键。本文所论述的返修工艺比较切合公司实际, 能有效提高返修成功率和可靠性。
参考文献
[1]鲜飞.QFN封装的PCB焊盘和网板设计.今日电子, 2005.
COB集成封装技术相关专利分析 篇3
COB是指将裸芯片直接粘结在印刷电路板上,然后进行引线键合,再用有机胶将芯片和引线包封保护的技术,和常规封装技术相比,COB技术封装密度高、工序简单。
专利分析数据来源,中外专利数据库服务平台(CNIPR),检索路径:(1)检索范围,中国AND检索表达式,摘要=(cob and led);(2)检索范围,世界AND检索表达式,摘要=(chip and on and board and led)
1专利趋势分析
在COB封装技术领域,专利申请在2008年之前数量很少,从2008年专利申请量逐年上升,并从2010年进入专利申请量上升快速通道,到2011年达到了专利申请数量的高峰,由专利申请量的变化趋势可窥见COB技术发展趋势,即从2008年起COB封装就开始生产,但到2009年底,COB封装的产品仍然无法达到相应的效果,且散热问题依旧无法解决,很多企业减缓研发和生产。直到2010年下半年,COB封装散热问题才得到妥善解决,高功率照明、球泡灯对COB需求逐渐升温,且随着封装工艺技术的不断提升,COB封装成本低、光效高的优势逐渐显现,2011年COB封装已被各大封装企业认可。如图1所示。
世界范围内的专利申请量从 2004年起逐年增多, 2006～2007年专利量达到高峰,但 2009年到至今专利量有所回落。如图2所示。
结合图1,世界范围内的COB专利申请的年份明显早于国内的专利申请年份,可见,国内在COB领域内的研发相对较晚,主要是跟随世界上大公司的研发脚步。
2 技术构成分析
COB集成封装技术专利申请主要集中在照明F21及基本电器元件H01类,即LED照明及LED的电子元器件,其中H01类的专利申请量占总申请量的34%,F21类的专利申请量占总申请量的52%,其余的专利申请分布在其他类不包含的电技术H05类7%及其他类7%。
随着COB技术在电子元器件的开发基础上,COB集成封装的LED照明应用应运而生并快速发展,而且在专利申请数量上超过在COB集成封装电子元器件上申请的专利数量。如图3,4所示。
F21—照明;H01—基本电器元件;H05—其他类不包含的电技术
3 申请人构成分析
国内在COB集成LED技术领域,研发成员既有专业的LED封装、照明企业,也有研究所和个人,值得注意的是,在进行专利申请人分析及跟踪检索时,由于有些企业出于专利申请策略的考虑,有时会以个人而不是公司的名义申请专利,因此当申请人为个人而且该个人申请的专利数量相对较多时,要注意该个人申请人是否有公司为依托。如表1所示。
从表1还可看出,各专利申请/专利权人所拥有的专利数量相对平均,没有个别专利权人有非常明显的绝对优势。由此说明,我国LED企业在COB技术领域还缺乏系统的研究,还没有形成对COB技术完整的专利布局,仅局限于零星的专利申请。本表中,从专利申请/专利权人分布的地域、区域分析,大部分专利申请/专利权人地域分布于我国的东南、长江珠三角位置,即在COB技术集成封装LED的研发上,东南部的企业起步较早,研发实力相对雄厚。
全球在COB集成LED技术领域的专利主要集中在韩国和日本,专利权人为韩国的SAMSUNG ELECTRO MECH、SEOUL SEMICONDUCTOR CO LTD.及日本的ROHM CO LTD、PANASONIC ELEC WORKS CO LTD、CITIZEN ELECTRONICS、TOSHIBA CORP等全球知名的半导体生产企业。与国内企业COB专利申请相比较,这些韩、日企业拥有专利的数量大,形成了严密的专利布局。
4 相关专利摘录
(1) 名称:大功率LED的COB矩阵封装结构[1]
专利号:CN201120291557.7
国际专利分类号:H01L25
申请人/专利权人:深圳市蓝谱里克科技有限公司
摘要:本实用新型公开了一种大功率LED的COB矩阵封装结构,包括一个LED基板,其特征在于,所述的LED基板上设置有一个以上的LED矩阵,所述的LED矩阵内部设置有一个以上的LED晶片,每个LED矩阵都设置有一个独立的镜头进行聚光,每个LED矩阵内的LED晶片都是使用串联方式连接,本实用新型每个LED矩阵加装镜头后相当于一个独立的大功率LED芯片,LED晶片直接固定在陶瓷覆铜板或者绝缘层导热系数足够高的铜基板上。这样,一方面节省了LED芯片封装的费用,另一方面,提高了LED的散热效率,既节约了加工成本,又延长了LED的使用寿命。如图5所示。
(2) 名称:1种采用COB封装的发光器件及其制造方法[2]
专利申请号:CN201110076460.9
国际专利分类号:H01L33
申请人/专利权人:晶科电子(广州)有限公司
摘要:一种采用COB封装的发光器件,其包括至少一LED芯片、至少一衬底和一电路板。该LED芯片具有一N极和一P极,在该N极和P极的表面覆盖一电极层。每一个衬底的上表面设置了二衬底焊垫,用以分别与该LED芯片的N极和P极电连接。该电路板包括一基板、一导电层和一绝缘层,该基板具有至少一空腔,该导电层覆盖在该基板的上表面并部分延伸至空腔上方,该绝缘层覆盖在该导电层的上表面。该LED芯片倒装在该衬底上,该LED芯片的N极和P极表面的电极层分别与该衬底的二衬底焊垫连接;该衬底设置在该电路板的空腔内,且该衬底的二衬底焊垫分别通过一金属焊球与该电路板在空腔内的导电层连接。本发明的发光器件成本低,良率及可靠性高。如图6所示:
(3) 名称:COB面光源封装结构[3]
专利号:CN201120388937.2
国际专利分类号:H01L33
申请人/专利权人:杭州友旺科技有限公司
摘要:本实用新型涉及一种COB面光源封装结构,包括金属基板,金属基板上设有塑料构件,金属基板与塑料构件构成一个向上的反射凹杯,塑料构件内封装有导电片,金属基板的底面固定有一个或多个LED芯片,LED芯片的电极通过导线与导电片连接,导电片连有引脚导电端,反射凹杯的空腔内设有填充树脂。实用新型有益的效果是:直接在高导热率金属基板上使用小功率LED芯片集成封装,可以分散热量、改善出光效果,出光面一致性好、无色斑、无眩光、光衰小。如图7所示。
(4) 名称:COB模块的封装保护方法[4]
专利申请号:CN201010579339.3
国际专利分类号:H01L21
申请人/专利权人:三星半导体研究开发有限公司
摘要:本发明公开了一种板上芯片封装(COB)模块的保护封装方法,该方法包括以下步骤:在卡片中形成适于板上芯片封装模块的槽;在所述槽中滴入胶水,所述胶水具有保护和粘结作用;将板上芯片封装模块嵌入到所述槽中;使胶水固化。如图8所示。
(5) 名称:COB封装及其制造方法[5]
专利号:CN200710087311.6
国际专利分类号:H01L33
申请人/专利权人:三星电机株式会社
摘要:本发明一个方面的特征在于晶片贴板(COB)封装的制造方法。该方法可包括:(1) 将干膜层压在载体膜上,所述载体膜的一侧层压有薄金属膜;(2) 通过曝光和显影处理根据电路线使干膜形成图案,并形成焊球盘和电路线;(3) 去除干膜;(4) 在除形成有焊球盘的部分以外的部分层压上部光致成像阻焊剂;(5) 蚀刻形成在未层压上部光致成像阻焊剂的部分上的薄金属膜;(6) 通过倒装焊接将半导体芯片安装在焊球盘上;(7) 用钝化材料模制半导体芯片;去除载体膜和薄金属膜;(8) 将下部光致成像阻焊剂层压在焊球盘的下面。由于使用晶种层形成电路图案,因此根据本发明的晶片贴板(COB)封装及其制造方法可设计高密度电路。如图9所示:
5 结束语
一个技术领域的专利分析往往折射出该领域的技术发展路线,为本领域的技术人员提供研发上的专利技术情报。从文章中摘录的相关专利上看,专利内容侧重利于COB散热封装结构研究,在COB封装基板方面,专利CN201120291557.7揭示了LED晶片直接固定在陶瓷覆铜板或者绝缘层导热系数足够高的铜基板上,提高了LED的散热效率;在COB封装芯片方面,专利CN201120388937.2揭示了直接在高导热率金属基板上使用小功率LED芯片集成封装;在COB封装工艺上,专利CN200710087311.6揭示了倒装焊接LED的晶片贴板(COB)封装及其制造方法。从专利申请量的发展趋势上看,2011年国内在COB技术上申请的专利急剧增多,说明在技术进步的基础上,COB集成封装LED技术已成为国内LED企业研发的热点。
摘要：从专利分析的视角对基板上直接固定芯片(Chips on baord,COB)集成封装发光二极管(LED)技术进行分析介绍,从专利历年申请数量趋势分析、技术构成及专利申请/专利权人构成分析等几个方面对COB技术的专利布局情况进行系统总结,并简介一些重要的相关专利。
关键词：基板上直接固定芯片(COB),集成封装,发光二极管(LED),专利分析,专利摘录
参考文献
[1]张河生.大功率LED的COB矩阵封装结构.中国,ZL201120291557.7[P].2012-03-12.
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[4]顾立群.COB模块的封装保护方法.中国,CN201010579339.3[P].2012-06-06.
FBG传感器封装技术的进展 篇4
光纤光栅自从1978年问世以来就一直为人们所重视,它对包括光纤通信、光纤传感器和光学信号处理等在内的其它光纤领域有着深远的影响。光纤光栅具有体积小[1]、波长选择性好、不受非线性效应影响、偏振不敏感、易于与光纤连接、便于使用和维护、带宽宽、附加损耗小、耦合性好等诸多优点,并且其制作工艺比较成熟,易于形成规模生产,成本低,因此具有良好的实用性。然而,裸光纤光栅灵敏度不高,且其直径只有125 μm,在恶劣的工程环境中容易损伤,非常脆弱,尤其是抗剪能力差,所以不能直接用于实际工程,只有对其进行保护性的封装之后才能使用。因此光纤光栅的封装或增敏处理,成为光纤光栅传感器实用化的一个非常重要的环节。
1 光纤光栅的工作原理
光纤光栅是由紫外光写入到光纤纤芯中形成的全息衍射光栅,作为一种相位光栅,其纤芯折射率呈周期性变化。根据耦合模理论,当宽带光在FBG(Bragg光纤光栅)中传输时,满足Bragg相位匹配条件的光被反射,反射光的中心波长为λB=2neffΛ,其中λB为Bragg波长;neff为FBG的有效折射率,即折射率调制幅度的平均值;Λ为FBG的周期。可见,FBG的反射波长取决于有效折射率neff和光栅周期Λ,当FBG所处环境的温度、应力或其他物理量发生变化时,FBG的周期Λ或有效折射率neff也随之改变,从而使反射光波长发生变化。通过测量反射光波长的变化,就可以获得待测物理量的变化。
若只考虑FBG受到轴向应力的作用,则应力变化对Bragg反射波长的影响主要体现在两方面:弹光效应使折射率变化,应变效应使光栅周期变化。若只考虑FBG受到温度的影响,温度变化对Bragg反射波长的影响也主要体现在两方面:热光效应使折射率变化,热膨胀效应使光栅周期变化。假设应变和温度分别引起Bragg反射波长的变化是相互独立的,则两者同时变化时,Bragg反射波长的变化可表示为[2]:
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式中KT为温度灵敏度系数,Kε为应变灵敏度系数,Pe为弹光系数,ε为轴向应变,α为线膨胀系数,ζ为热光系数,ΔT为温度的变化量。
理论上只要测到两组Bragg反射波长变化量就可同时计算出应变和温度的变化量。对于其他的一些物理量,如加速度、振动、浓度、液位、电流、电压等,都可以设法转换成温度或应力的变化,从而实现这些物理量的测量。此外,通过在FBG上涂覆特定的功能材料,如压电材料,也能实现对电场等物理量的间接测量。但是由于采用的光纤不同、写入光栅的工艺以及退火工艺的差别,不同FBG的传感灵敏度会有差异,尤其是FBG经过封装以后,封装材料会极大地改变其传感特性,因此封装后的FBG必须经过标定才能用于实际传感测量。
2 现有FBG封装方法的不足
目前,FBG封装最常用的方法主要有两种:a.FBG直接粘贴在基底材料上,典型的为贴片封装[3]。该方法是采用一种耐高温有机胶将FBG封装于铍青铜基底材料上,基底材料的线膨胀系数比FBG的大,以提高其温度灵敏度系数。b.利用模具或管材灌封,典型的为毛细钢管封装[4]。该方法是将毛细钢管套在FBG上,中间灌封改性丙烯酸酯,然后放入烘箱进一步烘干、固化。在不改变FBG应变灵敏度系数的同时,提高其温度灵敏度系数,为FBG在温度测量的应用提供了一个很好的封装方法。由于毛细钢管的直径太小,不利于改性丙烯酸酯的灌封,而将FBG粘在基底上的封装方式,会造成FBG的线膨胀不均匀,因此这两种封装方法都不是很理想。为了弥补上述方法的不足,研发人员在封装结构、封装材料以及封装黏结剂方面加以改进,以期获得更为理想的封装效果。
3 黏结剂的研发
FBG封装时黏结剂的选择十分重要,若黏结剂的黏结强度不够,会影响封装的质量、传感器的使用寿命和在恶劣环境中工作的能力。由于环氧胶黏剂黏附力强、收缩率较低、化学稳定性好,因而在早期研究中有很多研发人员将其用作FBG封装黏结剂。但环氧胶黏剂的玻璃化转变温度较低,耐温性能较差,固化收缩所产生的应力较大,FBG粘贴后易出现啁啾效应等缺陷也十分突出;此外,如直接用环氧胶黏剂在脆性基底材料上封装FBG,容易拉裂基底材料;还有不容忽视的一点是环氧胶黏剂的添加剂有毒。综上所述,环氧胶黏剂并不是一种最好的黏结剂,尚需进一步改进。周红等人提出在环氧胶黏剂中填加纳米SiO2、TiO2和SiC粒子[5],一方面可提高环氧胶黏剂中共价键的结合力,另一方面也可提高其交联密度。图1为纳米SiO2粒子与环氧胶黏剂结合的示意图,图2为纳米单体粒子与环氧胶黏剂互穿网状结构示意图。纳米改性后的环氧胶黏剂耐温性能好,在高温(300 ℃以上)、高压(40 MPa以上)时黏结强度高,且韧性同步提高,固化收缩率进一步减小,具有应变胶的特性,应注意纳米SiO2、TiO2和SiC粒子的最佳掺入比例,避免比例不恰当导致胶黏剂性能下降。改变纳米粒子的掺入比例可调整胶黏剂的力学性能,以适应不同的基底材料。采用改性后环氧胶黏剂黏贴封装的FBG温度传感器和FBG压力传感器的实验和现场测试结果表明,FBG粘贴牢固,而且不会引起FBG啁啾,封装后的FBG传感器能适用于高温、高压和强腐蚀等恶劣环境。此外,改性后环氧胶黏剂也可作为FBG传感器的密封用胶。
刘春桐等人提出了一种全金属封装法,用焊接技术取代黏结剂[6],具体封装过程是:先将焊锡置于一小金属盒内,然后将FBG固定于金属盒的中心轴线位置,用酒精灯外焰对金属盒加热进行锡焊,使其将FBG完全封住,再撤去酒精灯,待锡块完全冷却至室温,即完成了对FBG的全金属封装。利用水浴加热法对全金属封装后的FBG传感器进行温度特性的研究,如图3所示。实验结果表明,在19～60 ℃的温度范围内,全金属封装后的FBG的温度灵敏度系数为34.0 pm/℃,是封装前的3.3倍,且有较好的重复性,可以制作出适合长期使用的高品质FBG传感器。并且全金属封装法避免了利用聚合物作为衬底材料或黏结剂进行封装的FBG传感器在长期使用过程中出现聚合物的蠕变、老化等问题,确保了FBG传感器的传感性能。但这种全金属封装法会使FBG产生较为严重的啁啾效应,但通过对FBG作退火处理等方法可以减少其啁啾程度,能获得较好的效果。
由此可见,上述两种方法虽然仍存在缺陷,但相比以前的一些封装黏结剂均有了很大的提高,也取得了不错的效果。
4 封装材料的研发
封装材料的性能参数(包括泊松比、弹性模量、线膨胀系数及封装厚度)与FBG材料的性能参数不一致,往往会造成FBG封装后的温度灵敏度系数与裸FBG有很大不同。文献[7]表明,FBG温度灵敏度系数随着封装材料的线膨胀系数、泊松比及封装厚度的增大而增大。因此,采用线膨胀系数较大的增敏材料封装FBG是增加其温度灵敏度系数的有效途径。
基于上述原理,不少研发人员提出了各自不同的设计方案。于秀娟等人提出了铜片封装工艺,利用线膨胀系数较大的铜做封装材料,将FBG用双组分的M-Bond 610胶封装在刻有细槽的铜片内部[8]。铜片封装的FBG结构如图4所示。实验结果表明,与裸FBG的测试结果相比,铜片封装工艺基本不改变FBG的应变灵敏度系数,但是温度灵敏度系数却提高了2.78倍。铜片封装FBG可探测的最小应变和温度变化分别为1 μm和0.03 ℃,十分便于工程应用。铜片封装的FBG传感器结构简单,而且容易固定在被测物体上,利用复用技术可以构成FBG传感网络,检测大范围空间的应变和温度等物理量,因此比较适用于航空航天结构、复合材料、土木工程建筑结构等的健康监测。
刘春桐等人提出了FBG的铝合金箔片封装工艺,其采用DG-3S改性环氧胶将FBG粘贴在下基片上刻出的细槽中,用厚度为0.1 mm的铝合金箔片作为衬底材料[9]。铝合金箔片封装的FBG结构如图5所示。实验结果表明,铝合金箔片封装的FBG传感器与裸FBG相比,应变灵敏度系数提高了1.2倍,温度灵敏度系数提高了3.02倍,中心波长的漂移与荷载及温度都具有良好的线性关系,且有较好的重复性。铝合金箔片封装工艺封装结构简单,轻便柔韧,易于与被测构件结合,还适合表面具有一定曲率的被测构件;利用复用技术还可构成FBG传感网络,检测大范围空间的应变和温度等物理量,适合航空航天结构、汽车、轮船、土木建筑等铝合金广泛应用的行业。
周国鹏等人提出了新型聚合物封装工艺,使用特殊方法将裸FBG封装在两种聚合物构成的基底中,用常见的热熔性材料结合热缩性材料成功地对FBG进行了封装[10]。图6为新型聚合物封装FBG的过程和结构示意图。实验结果表明,新型聚合物封装工艺可以将裸FBG的温度灵敏度系数提高6倍,而且封装后的FBG保持了良好的应变特性,同时通过调整封装中各组分比例或者对组成做改性,改变封装结构的总线膨胀系数,可以制成不同温度灵敏度系数的FBG传感器。新型聚合物封装工艺可很好地满足常温下的工程应用要求,特别是相对于金属材料,这种封装方法可选择的材料更广泛,且简单易行,尤其在温度测量方面更具优势。
从提高FBG的温度灵敏度系数来说,上述三种封装材料中聚合物最好,铝合金箔片其次,铜片最差。但是铜和铝合金封装的FBG的优点在于适用于航空航天结构、复合材料、土木工程建筑结构等表面的传感测量。当铜封装的FBG应用于工程结构表面的传感测量时,封装结构体积较大、柔韧度不够理想,尤其是在有一定曲率的表面上作业时,粘贴和使用都很不方便,限制了使用范围;而用铝合金封装就很好地解决了这些问题,并且铝蕴藏丰富,所以和铜相比,铝合金更胜一筹;然而从常温下的工程应用方面来看,聚合物比它们两者均有优势,但聚合物作衬底材料在长期使用中会引起蠕变、老化等。
5 封装结构的研发
优化的封装结构能直接提高FBG传感器的测量灵敏度,故封装结构的设计和研发十分重要。方涛等人提出了新型钢条封装结构,其是将FBG用环氧胶黏剂封装于三根钢条之间,并在三根钢条外套上钢管,在钢管中注入导热膏,以加快热传导的速度,在灌胶时应一边加热一边灌,以防止导热膏出现气泡,保证导热的均匀性[11]。FBG的新型钢条封装结构如图7所示。实验表明,钢条封装结构极大地提升了FBG的温度灵敏度系数,且线性度好,热传导速度快。钢条封装使FBG处于环氧胶黏剂之中,保证了其受热膨胀的均匀性,并且不受外部应力的影响,这样的封装结构有利于灌胶。
俞刚等人提出了一种无需预应力的剪刀形支架封装结构,其是将两个V形支架通过中间铰链连接起来,形成剪刀形结构,然后用环氧胶黏剂将FBG粘在两个V形支架的左侧内侧面间[12],如图8所示。实验结果表明,剪刀形支架封装结构可使FBG同时进行温度补偿和调谐,既保持了FBG体积小的优点,又无需给FBG施加预应力,且封装后FBG不产生啁啾,并可与压电陶瓷结合,扩展FBG的Bragg波长的调谐范围,应变量的调节只和金属丝有关,与支架的材料无关,从而大大简化了设计。
虽然上面介绍的两种封装方案在很多方面已有很大进步,但也有不足。钢条封装结构的传感头精度会受到一些因素的影响,并不能保证较高的精度,而且在导热膏灌封时不可避免地会出现气泡;剪刀形支架封装结构的长期可靠性问题有待进一步研究。同时这两种方案还有一个共同的缺陷,那就是使用了环氧胶黏剂。
6 结束语
FBG传感器的应用是一个方兴未艾的领域,有着非常广阔的发展前景,而封装技术是决定FBG传感器能否大规模应用的主要因素,有效而低成本的FBG传感器封装是其大规模应用于实际工程的瓶颈之一。迄今为止,国内外已经有不少相关研究,虽然在结构、材料、黏结剂等方面均有了很大的发展,但是相信随着研究的深入,会有越来越多的精度更高、结构更简单、成本更低、更实用的封装方案提出,更进一步促进FBG传感技术的发展。
参考文献
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[11]方涛,金永兴,沈为民.钢条封装的光纤布拉格光栅温度传感器[J].中国计量学院学报,2007,18(3):204-207.
资源封装 篇5
乙烯 - 醋酸乙烯酯共聚物是EVA胶膜的基础树脂,这种材料的Tg一般小于 - 50℃,在极其严寒的环境下仍能保持足够的弹性,起到保护电池片的作用;但是EVA的软化点只有40℃左右,组件正常工作时电池片的温度经常能达到60℃,在如此高温下,胶膜会发生高温蠕变现象,会使玻璃和电池片发生滑移,对组件的安全性造成严重影响。因此,通过在EVA中加入交联剂,使EVA分子内部发生化学交联,形成三维网络结构,能够解决EVA胶膜高温蠕变的弊端,满足太阳能组件各种环境下的使用要求[1]。
在太阳能电池组件的生产过程中,层压工艺主要受到EVA封装胶膜交联性能的影响。现在组件生产厂家的层压温度普遍在140℃左右,时间普遍在20min左右。在这种层压条件下,铺垫在电池片两边的EVA封装胶膜会发生化学交联,其交联度达到80%以上,使得组件的物理性能,化学性能达到要求。
2实验
2.1 实验主要原材料
实验中所用到的主要原料见表1。
2.2 实验设备及仪器
实验中所用到的主要设备与仪器见表2。
2.3 试验样品的制备
实验室按照图1所描述的方式进行EVA胶膜的制备。
挤出机工艺参数设定:一区:65℃,二区:75℃,三区:85℃,四区:85℃,五区:85℃,磨头:83℃。螺杆转速设定:主机:20.0rpm,喂料:30.0rpm。
压片机参数设定及工艺:温度设定:85℃,压力设定:380kg/cm2,加压2min。最终样片厚度:0.4±0.1mm。
2.4 交联反应的测试
EVA在交联反应过程中的交联程度在硫化仪中以扭矩的形式进行表征,硫化仪通过测试特定温度下EVA扭矩随时间的变化,根据这种变化关系形成的一条曲线就叫交联速率曲线。图2为某厂家EVA胶膜的硫化曲线。
在交联曲线中有两个重要的点:
TS0.5:焦烧时间。用来表征EVA胶膜的交联速度。
MH:最大扭矩。表征物料最终达到的交联程度。
3 结果及讨论
在EVA的交联反应中,最多的就是自由基化学反应。一般第一步是先生成一个自由基,有机过氧化物作为自由基的来源,它们在高温下先通过热分解生成高活性的过氧化自由基,它能捕捉到聚合物主链特别是含脂肪族的CH2单元上的氢原子,然后这些大分子自由基发生支化、交联反应进行重组,通过在分子链间建立化学键以形成三维分子网状结构[2]。
EVA胶膜的交联速度与交联剂和助交联剂的种类和用量有最为直接的关系,同时也受到硅烷偶联剂的影响。
3.1 交联剂的影响
实验选用Luperox TBEC与Luperox231复配作为交联剂,分别调整Luperox TBEC与Luperox231的含量,考察交联剂含量对EVA胶膜交联过程的影响。实验样片中助剂含量见表3。
实验结果见图3:
从中可以看到,当其他助剂含量不变时,无论增加哪种交联剂的用量,胶膜的焦烧时间TS0.5提前了,同时材料的最大扭矩也得到了同步提升。说明随着交联剂用量的增加,EVA胶膜的交联速度及交联程度都会随之增加。
3.2 两种过氧化物交联剂的区别
在不添加其他助剂的情况下EVA胶膜中只添加交联剂,使用Luperox TBEC、Luperox231分别按照表4比例进行配制。实验结果见图4。
在图4中可以看到,随着交联剂中LuperoxTBEC含量的增加,交联速率曲线的最大扭矩逐渐增加;随着Luperox231含量的增加,交联速度变快。并且Luperox TBEC和Luperox231的混配不会产生协同作用。使用Luperox TBEC作为交联剂的胶膜交联程度更高,Luperox231作为交联剂的胶膜交联速度更快。
根据阿克玛公司提供的数据表明,在相同温度下Luperox231半衰期明显小于Luperox TBEC,即在相同温度和时间的条件下Luperox231能够分解出更多的自由基。所以以Luperox231作为交联剂的EVA胶膜交联速度应大于以Luperox TBEC作为交联剂的EVA胶膜。而Luperox231作为交联剂的EVA交联程度较低的原因可能是,Luperox231热分解产生自由基的淬灭速度比Luperox TBEC更快。
3.3 助交联剂对交联速度的影响
助交联剂具有多个双键官能团,一般被用于聚丙烯、乙丙橡胶这类裂解型聚合物的交联,能够避免交联导致的聚合物分子量降低的问题[3]。除此以外,助交联剂也能应用于EVA这种非裂解型聚合物的交联,起到提高交联效率的作用。一般认为助交联剂的存在可以延长过氧化物自由基的寿命,减少自由基的猝灭[4]。另外助交联剂的使用可以减少过氧化物的用量,有利于减少层压后胶膜中过氧化物的残留量,提高胶膜的稳定性。
助交联剂一般分为两类,一类是分子中不含烯丙基氢的分子,比如TMPTMA;另一类是含有烯丙基氢的分子,比如TAIC。将助交联剂TMPTMA和交联剂Luperox TBEC、Luperox231混配后加入EVA母粒中,实验样片中助剂含量见表5。
实验结果见图5。
在图5可以看到,助交联剂能够提升胶膜的交联密度。具体的实验结果数据见表6。
由表6可见,两种助交联剂都能够提高EVA胶膜的交联密度,TMPTMA能够使Luperox TBEC交联程度提 高2% , 使Luperox231交联程度 提高12%。而TAIC相对于TMPTMA效果更加明显,使Luperox TBEC交联程度提高32%,使Luperox231交联程度提高51%。因此TAIC比TMPTMA更适合应用在EVA胶膜体系中。另外,两种助交联剂和Luperox231搭配使用时所获得的交联密度的提升幅度和Luperox TBEC搭配时所获得的提升幅度要大。可能是因为Luperox231分解过程中有更多的自由基猝灭,而助交联剂的加入可以明显减少自由基的猝灭,所以EVA交联密度的提升会更明显一些。
3.4 硅烷偶联剂对交联速度的影响
硅烷偶联剂Z- 6030分子结构的两端有两种活性基团,一端是甲基丙烯酸基团,能够与EVA基体树脂发生接枝反应;另外一端是三甲氧基,易水解成端羟基与玻璃上的羟基发生缩合反应[5]。理论上EVA胶膜在加热层压的过程中接枝反应和水解缩合反应都会发生。
实验使用Luperox TBEC作为交联剂,分别加入不同含量的Z- 6030,考察硅烷偶联剂对交联曲线的影响,实验样片中助剂含量见表7。
如图6所示,硅烷偶联剂Z- 6030含量增加使得EVA胶膜的焦烧时间TS0.5大幅延长,并且最大扭矩略有上升。Z- 6030含量增加了0.26%,焦烧时间TS0.5从157s延长到243s。说明Z- 6030含量的增加使胶膜的交联速度有很大的降低作用。从交联速率变化的情况可以判断,在交联反应进行的初期,硅烷偶联剂上的甲基丙烯酸基团活性较高,优先与EVA分子发生接枝反应,从而阻碍了EVA分子间的交联反应,对反应初期交联速度的影响非常明显。
3.5 交联体系的调整
根据上面的实验结果,理论上通过调整EVA胶膜中交联剂、助交联剂、硅烷偶联剂的含量能够达到控制胶膜交联速度及交联程度的目的。
实验以配方编号为5- 1的实验样片为基础,假设因配方调整的需要,将配方中的Z- 6030含量提高,由原来的0.05%调整到0.20%,但是交联速度和交联程度要求不变。为了实现这个调整的目的,需要相应的对5- 1配方中的Luperox TBEC及TAIC的含量进行调整,使新配方与原配方交联性能一致。表8为原配方及调整后配方助剂的含量。
实验以P配方为参照目标,将Z- 6030的含量由0.05%提高到0.20%,根据之前的实验结果对交联剂、交联助剂的含量进行了相应的调整。由于Z- 6030含量增加会使EVA胶膜交联速度变慢,所以相应的增加Luperox TBEC的含量以提高交联速度,但是这样会使交联曲线的最大扭矩值上升,所以需要再降低TAIC含量来降低最大扭矩值。Q配方Luperox TBEC含量由0.8%增加到1.0%,TAIC含量由0.35%降低到0.30%。实验结果见图7。
从图中可以看出,2个配方的交联曲线基本重合,实验结果与预期相符合。实验结果也证实之前实验结果的正确性,可以通过调整EVA胶膜配方中助剂的含量来达到控制胶膜交联曲线的目的。
4总结
(1)EVA胶膜中交联剂的用量直接影响胶膜的硫化速度。交联剂含量越高EVA胶膜的硫化速度越快,交联密度越高;
(2)Luperox231相对于Luperox TBEC具有更快的交联速度,但是在同样用量的情况下,交联密度不如Luperox TBEC。将二者混配也不会产生协同作用;
(3) 助交联剂TMPTMA和TAIC含量的提高能够提高胶膜的交联密度。TAIC的作用效果比TMPTMA更加明显 ,TAIC更适合应 用在EVA交联体系中;
(4) 硅烷偶联剂Z- 6030会明显减慢EVA胶膜的硫化速度,但是对交联密度的影响比较小;
(5)应用上述的结论对EVA胶膜的各个助剂的含量进行调整,可以对EVA胶膜硫化曲线即胶膜的交联性能进行控制。
摘要：主要研究了光伏组件用EVA封装胶膜的交联体系。通过对EVA封装胶膜硫化曲线的分析,研究了EVA胶膜中交联剂、助交联剂、硅烷偶联剂的含量对胶膜硫化曲线的影响,并推断出交联剂、助交联剂及硅烷偶联剂对EVA胶膜交联性能的影响。实验证明通过调整上述3个助剂的含量能够实现对EVA胶膜交联能力的控制。
资源封装 篇6
1 相关技术
1.1 动态链接库
Windows的可执行文件可以分为两种形式:程序(EXE)与动态链接库(DLL)。DLL的用途十分广泛,是Windows程序设计中的一个非常重要的组成部分,它是进行模块封装的常用技术。因此,本模型使用DLL封装MDI子窗体,实现模块的物理分割;通过DLL的输出函数实现对窗体的调用。
1.2 接口抽象机制
在面向对象系统中,对象只有通过它们的接口才能与外部交流,对象的接口把定义与实现分离,因此,接口实际上提供了一种抽象机制。Delphi的接口抽象机制可分为抽象类(abstract class)与对象接口(Object Interface)。本模型中使用接口抽象机制的主要原因在于:1)客户对象(模块A)通过接口获得服务对象(模块B)的服务,但不并依赖于服务是如何实现的;只要接口不变,客户对象和服务对象之间的契约关系就不变,这使得即插即用变为可能,它提供了关联以及方法调用上的灵活性,使得模块的可扩展性、即插即用方面得到了保证。2)抽象类能对模块的公共的、基本的功能进行部分实现,即通过继承可以重用一部分实现代码;为派生类定义模块调用与通讯的公共接口;3)对象接口提供了多重继承的支持,用不同的接口来不同程度的隔离具体类所提供的不同服务;
抽象类与对象接口各有千秋,在本模型中分别使用这两种技术实现MDI子窗体的逻辑上的分离。
2 设计方案
子窗体进行模块化封装的核心思想是依赖抽象而不依赖具体,即依赖反转法则(Dependency Inversion Principle,DIP)。该法则强调针对抽象编程,不要针对具体编程。
本模型从物理上可分为两个部分,即应用程序EXE部分与DLL部分;从逻辑上可分为三个部分,即系统内部模块、接口部分和具体子窗体三个部分。而接口部分是应用程序EXE与窗体DLL所共有的,包括对象接口ILinkWork与子窗体的基类TBaseForm,由它们实现应用程序EXE中系统模块与子窗体的隔离。系统模块封装了窗体构造功能(TProducer)与窗体互动功能(TLinkman)。
实现的要点如下:
1)DLL物理封装:在物理上使用DLL封装MDI子窗体,并且一个DLL中封装多个MDI子窗体,相关封装的数据存入客户端配置文件(library.XML)中,一般包括封装窗体的动态链接库名、窗体名称、窗体全局唯一标志以及自定义扩展数据。需要说明的是,窗体的调用全部是通过传递窗体全局唯一标志给DLL的输出函数,其根据窗体全局唯一标志返回指定窗体的类,整个窗体的生成过程完全封装到系统模块的TProducer类中,具体过程在“子窗体的生成与使用”一节中详细讨论。
2)从抽象基类继承:本模型主要功能是围绕子窗体的基类TbaseForm(抽象类)来实现的,它是系统中所有具体子窗体的父类。它包括了所有具体子窗体都会涉及的公共功能的部分实现,以及子窗口的部分控件。
如图3,在TbaseForm下又可派生出下一级的抽象类TdataBaseForm,它是所有需要连接数据库的子窗体的父类,它包含了一些数据导航控件,以及这些控件功能的部分实现。从TbaseForm和TdataBaseForm派生出的TconcreteForm和TconcreteDataForm是系统中可构造的窗体,而它们的抽象父类并不能生成自己的实例,只是用来规范它的派生类。
3)引入外部接口:在使用接口时,需要指明接口本身,以及实现这个接口的类。一个类实现一个接口,这种关系叫做接口继承(Interface Inheritance)。接口继承使得同一个Delphi接口可以由完全不同的类来实现,只要有一组相同的方法和参数即可。模型引入对象接口后,使得当提供服务的具体类变动或更换时,对依赖于接口的客户类并没有影响,系统保持了稳定。在这里,客户类就是子窗体本身,提供服务的具体类是包括主窗体以及提供系统安全认证、运行管理、数据库链接管理和命令发送等各种服务的系统核心类。它们经过接口LinkWork的过滤,对子窗体有限开放,为各个子窗体提供全局性的状态与功能支持;并且实现系统核心部分与每个子窗体或具体子模块的剥离,使系统主模块的更新与升级不会波及到子窗体内部。
4)使用Variant传递数据:子窗体基类TBaseForm的中包括抽象函数ExecuteCommand(Command:OLEVariant)的作用主要是响应外部控制(命令),同时通过ILinkWork的SendCommand(Command:OLEVariant)向外部发送自己的命令。而窗体互动功能就是主要由这两个函数实现的,其工作机制将“子窗体之间的通讯”一节进行讨论。
本模块中考虑使用OLEVariant变量作为窗体互动信息的载体,主要是由于OLEVariant变量具有高度的灵活性,能在输入输出参数最少的前提下具有良好的可扩展性。另外,窗口互动和通讯功能在使用上一般远不及窗体上的功能使用频繁,以至于Varian变量是解释性代码,运行效率低的缺点,相对于它所提供的灵活性与可伸缩性并算不了什么。
由于用Variant变量可以存储任何数据类型,所以Command封装实际上是Variant数组,其形式采用自定义的通讯协议格式。
可参考的格式,如:$命令类型,起始地址,终端地址,参数名数组,数据数组。
总而言之,本模型采用DLL的方式对各个子模块进行物理上的分割,通过抽象接口机制实现各个子模块逻辑上的分离,以Variant变量作为输入输出参数达到过程(函数)调用上的可变,从而实现整个模型的高可伸缩性与各子模块的即插即用。接下来,讨论窗体构造与窗体互动的具体过程。
3 子窗体的生成与使用
在本模型中,生成窗体的实现被封装在系统模块的TProducer类中,它装配在客户端应用程序EXE里面,是系统核心功能之一。TProducer的工作方式如下:
1)TProducer类的对象从XML文件中读取窗体DLL的信息并缓存,使用自己的公用函数CreateWindows(…)显式载入封装了指定窗体的DLL;
2)调用DLL入口函数GetAFormClass(..),通过指定窗体全局唯一标志,通过case语句返回具体窗体的类;
3)TProducer类的对象使用具体窗体的类的构造函数,生成它的实例,并对其进行必要的设置,再将实例的指针和其它相关数据以结构体的形式返回给调用生成窗体功能的对象,并将此窗体数据存入本地内存的虚拟表(是用TSimpleDataSet或TClientDataSe建立的内存数据表)中,如图5。
在这里,将窗体的构造功能放到DLL外部实现,主要有两个好处:
1)实现窗体构造代码的复用,不必在每个DLL中实现窗体的生成;
2)减少DLL入口函数所需的参数个数,特别是需要对窗体进行多种定制时。
4 子窗体之间的通讯
在本模型中,窗体之间的通讯功能的实现是放在系统模块中,由TLinkman类来实现,它装配在客户端应用程序中。数据包的传递流程如下:
1)窗体Form1通过外部接口ILinkwork的SendCommand函数调用TLinkman对象的ReceiveCommand函数;
2)TLinkman对象调用其它模块查找目标对象(窗体Form2)的物理地址;查找过程是基于窗体创建时生成的本地内存虚拟表的;
3)通过多态调用窗体Form2的ExecuteCommand函数,在ExecuteCommand函数中对数据包进行处理,如图6。
而数据包处理的实现被封装到专用类TCommand中,通过使用TCommad的对象可以根据参数名直接提取数据包里的数据。
在这里,TLinkman对象的ReceiveCommand函数主要对数据包起到中转的作用,根据目标模块的地址与目标模块的类型的不同,实现不同模块、不同函数的调用,其规则是由系统内部各个模块以及子窗体之间的关系所决定的。
5 总结
模块不再依赖于含有实现细节的其它模块,而是依赖抽象的接口,从而保证了模块之间的结构相对稳定,是模块封装的关键。因为模块内部的变化并不能直接导致其接口的变化,只要其接口不变,其它模块与此模块的契约关系就不为变化。只要新加入的窗体是TBaseForm的子类,并实现其规定的抽象方法,就能即插即用地集成现有的系统中,大大加快软件不同版本的同步开发。
摘要：“依赖抽象而不依赖具体”是面向对象程序设计的一条重要法则。该文介绍了一种基于该法则的窗体封装与调用的实际模型,此模型使封装在DLL中的窗体与调用它的应用程序实现物理上和逻辑上的分离,从而系统得到很高的可伸缩性。
关键词：动态链接库,面向对象编程,接口,建模
参考文献
[1]侯珂,高洪尧.在Delphi中实现基于DLL的软件设计方法[J].现代电子技术,2004(21):7-8.
[2]刘艺.Delphi模式编程[M].北京:机械工业出版社,2004:37-59.
资源封装 篇7
SOA是面向服务的软件架构体系, 它将应用程序的不同单元进行封装成功能不同的构件, 便于在软件设计中进行调用, 特别是对于接口和契约的关联, 更使其能够独立于硬件、操作系统, 以及编程语言之外而实现共享。在传统软件设计中, 不同数据源仅限定于所需的服务请求中, 而对于SOA来说, 对于服务的复用性、松耦合性, 以及共享性是其核心特点。多粒度是SOA设计的重要方法, 也是SOA环境中满足不同服务需要的重要技术。在软件设计中, 对于系统内各单元的耦合性, 服务粒度的大小关系到整个软件设计的复用性, 对于大粒度服务, 尽管能够满足松耦合性, 但不利于复用性;而对于小粒度服务, 复用性较高, 但不足是耦合度也较高。SOA架构的提出, 是基于复杂应用环境需要, 能够从细粒度服务和粗粒度服务中实现最佳的内外接口, 从而为软件系统设计创造有利条件。
二、基于SOA构件封装技术研究
(1) 服务构件封装中的关键问题。对于面向服务的软件设计技术, 在SOA项目分析阶段, 需要就服务构件和候选服务进行对比, 如何进行设计, 如何进行封装, 如何进行实现等问题, 都需要从服务构件的定义及概念模型中来解决。从软件设计来看, 对于SOA服务构件的设置, 需要结合软件服务编排需要, 特别是对于构件的实体进行分析, 以满足每个服务的高内聚、松耦合要求。因此对于服务构件的封装, 要基于软件契约方式, 并通过相应的接口来实现。对于服务构件的模型定义, 结合不同网络环境, 从其服务描述、具体实现的内容、以及构件与构件之间的执行环境搭建上来完成。
(2) 服务构件的接口设计与选择。从服务构件的技术来看, 对于服务构件是相对于组件和对象而言的, 因此, 良好的接口是满足服务构件内外资源共享和调度的需要。因此在服务构件的封装上, 最关键的就是对其SOA标准接口的设置。从服务构件间的交互机制来看, 标准接口主要有:CORBA方式, 即利用公用对象来实现对代理程序的跨平台通讯, 其特点是能够满足异构环境下, 不同接口通过对象代理来实现互操作;DCOM方式源自COM方式, 以分布式组件为对象模型, 可以实现对异构系统内的远程服务进行调用, 但局限于防火墙;RMI方式主要是针对远程方式来进行调用, 特别是基于Java中的类及对象可以实现远程调用, 其思路与CORBA具有相似性;Web Service是借助于对XML语言来定义数据, 并从跨平台操作上能够穿越防火墙的数据交换技术, 其公共协约是基于开放的标准协议来实现传输和数据交换, 因此具有良好的通用性。
(3) 服务构件接口描述。对于服务构件来说, 每一个服务包括粗粒度服务和细粒度服务, 都需要有正式的、良好的接口描述, 以便于在服务封装中运用。因此, 从契约的作用上来明确服务功能, 而功能描述则是从接口与消息规约上进行描述, 以便于对专门服务契约的调用;非功能描述主要体现在服务层次协议及安全性上。
(4) 服务构件的封装方法。当前对于SOA的开发与服务应用较多, 因此从创建SOA服务方法上主要有服务发现、服务规约及服务实现。服务构件作为基本的服务单元, 能够在服务发现、服务规约及服务实现等阶段进行有效调用。其中对于服务规约阶段的封装步骤如下:一是做好现存服务的审视, 能够从是否适合上对已存在服务构件进行遴选;二是对相应的消息结构进行定义, 服务构件之间的通讯是以消息来传递的;三是确认语境, 对于不同业务需求下的软件设计, 需要面向服务进行分析, 特别是对服务构件的操作分组进行评估, 以发现那些操作是遗留的, 那些操作是需要创建的;四是派生抽象服务接口, 对于服务构件接口的定义, 需要从输入中来确保各逻辑操作的通用性和复用性, 并就其服务定义进行描述;五是应用面向服务原则, 对于服务构件的审视、规范及设计都需要遵循自治性、契约及松耦合性原则。
三、结语
基于SOA服务构件封装技术, 在现实软件设计及应用中, 主要针对服务层中不同客户端、不同场景来进行调用, 以满足业务逻辑的有序编排和访问控制。需要强调的是, 对于封装技术中服务粒度的划分需要结合应用实际来定, 对于非功能性描述要强化软件设计的可靠性和安全性。
摘要：SOA是面向服务的软件架构体系, 基于SOA构件的软件封装主要应用在分布式计算中。本文将从系统架构的设计上, 从服务构件的定义及模型上, 融入服务构件封装的实践, 并对服务构件封装接口技术的应用进行阐述。
关键词：面向服务架构,服务构件,封装,模型,接口
参考文献
[1]叶云.基于SOA的应用系统的设计与实现[D].中南大学, 2010.
半导体封装生产线工艺流程分析 篇8
半导体制造工艺过程包含前道和后道两个部分。半导体前道制造工艺是复杂的工艺流程控制,动则几百步的流程,流程之间,流程与设备、批次、工艺相互影响,是半导体前道的主要特点,且是世界公认的最复杂的制造过程之一。半导体后道工艺流程比较简单,但是由于多品种,小批量,加上分批、合批等必须步骤,所以导致复杂。半导体后道封装工序流程是同时具备流程型和离散型的混合型复杂制造过程。后道主要是对半导体芯片进行封装,目前国内半导体厂家多是后道封装生产商,所以笔者通过对国内几家半导体生产企业的封装生产线进行调研后,探讨半导体后道封装工艺流程和自动化设备的应用情况,也包含一些业务流程。
1 半导体后道封装工艺流程
半导体后道封装工艺流程主要经过划片、装片、键合、塑封、去飞边、电镀、激光打印、测试、包装和装箱工序段,如图一所示。
1.1 磨片
也叫背面磨薄,芯片在装配前必须磨薄,磨片时需要在片上喷撒上离子水,硅片被磨薄到200到500μm的厚度,较薄的硅片更容易划成小片并改善散热。更薄的芯片也减小了最终集成电路管壳的外形尺寸和重量。设备自动化程度高,在半导体封装企业中现已采用自动化设备,并和划片工序在一个机器进行生产。
1.2 分片
也叫划片,划片使用金刚石刀刃的划片锯把每个芯片从硅片切割下来。在划片前,将硅片从片架上取下来并放到一个固定在刚性框架的贴膜上。该贴膜保持硅片的完整性,直到下一道装片工序将所有硅片小片(芯片)取下来。实际当划片工序完成时,整个硅片看上去还是一整块,硅片被喷离子水的圆锯,然后用25μm厚的金刚石刀,在x和y方向分别划片。锯通常沿着划片线切透90%~100%。
1.3 装片
也叫装架,划片后,硅片(这时的硅片是在硅片架上)被放到盒子(不是磨片工序的硅片盒)中,移动到装片工作区,自动贴片机从硅片上自动地一次取下一片芯片,装到引线框架上,引线框架由一台自动引线框架机自动传送,引线框架机将成捆的已经做好的引线框架送到自动贴片机,自动贴片机根据有无墨点(现在大部分订单给出废芯片的坐标)提供的硅片分布图数据来选出硅片上的芯片进行贴片。要在人工的监视下进行,有液晶屏实时显示装片情况。一般使用环氧树脂粘贴、共晶焊粘贴和玻璃焊料粘贴。
引线框架(片架)是向下游厂家订制的。由于其规格业界已形成统一的标准,所以除了一些特殊的新型芯片外一般不需要单独订购,所以引线框架的供应不会影响生产进度。但是如果是新型号的芯片,由于生产工艺需要重新定制和订购相关原材料,所以生成周期会变长。
1.4 键合
将芯片表面的铝压点和引线框架上或是基座上电极内端(有时也称为引线柱)进行电气连接。键合线是铜或是±5μm。键合线是铜Au或是铝Al。通常引线直径在25μm到75μm之间。引线的标准直径是25,用在压点间距是70的芯片上。一般采用热压键合、超声键合和热超声球键合。由于芯片的每个管脚都需要逐个键合,一个芯片至少两个管脚,有一些芯片管脚在300个以上,加工设备要在人工的监视下进行,所以这个工序是系统的瓶颈之一。键合是生产线上设备最多的工序。
1.5 塑封(塑料封装)
封装方式分成三种,传统封装、塑料封装和陶瓷封装。塑料封装方式在全世界芯片生产过程中占到封装的95%,使用环氧树脂集合物将已完成引线键合的芯片和引线框架完全包封起来。具体过程是将完成引线键合的芯片和引线框架预热,然后将其置于压模机的封装模(模具)上,压膜机启动后关闭上下模,将半融化的树脂挤入模中,待树脂填充硬化后,开模取出成品。塑料封装已成为业界主流。塑封能够防止湿气入侵,起到支撑导线、散热和便于焊装的目的。关键是模具的问题。针对不同封装方式和尺寸需要选择不同的模具。模具虽然也是专用设备,但是价钱适中,并不制约生产线的瓶颈。
塑封以后一直到装箱之前工艺顺序不是固定的,根据设备情况和各种芯片的加工工艺路线而定,每种设备所能完成的工序也不相同。例如:生产双边直插阵列DIP、单边直插阵列SIP封装方式的设备,就是一起处理去飞边、打弯、测试、包装工序,还有将测试和包装工序合并在一起的一体机。
1.6 去废边
也叫剪切与成型,或是去飞边。一旦塑封完成后,除了有从集成电路的管壳中伸出的为了装配到电路板上所必要的管脚,管壳周围还有多余的材料,例如不需要的连接材料及其部分突出树脂需要去飞边的步骤。去飞边工序就是从管壳周围去除这些多余的材料。
1.7 电镀
管脚成型后,接着施加上一层很薄的管脚涂层,以防止腐蚀和氧化,只要是电镀沉淀技术,通常焊料是锡。
1.8 打弯
也叫管脚成型,铸模成型后的集成电路条带被放到管脚去边成型工具中,管脚加工成必要的形状,用于表面贴片(SMT)封装的L型脚和J型管脚,还有用于直插式的管脚。
1.9 激光打印
根据订制的图案印在芯片上。
1.1 0 测试
测试设备昂贵,也是影响产能的主要因素。工序段工艺描述:包括电气性能和外观检测。
电气性能测试:集成电路的测试要在自动测试设备(ATE)上进行单芯片测试。在测试过程中迅速将每个集成电路插入测试仪的电气连接小孔中,小孔中有弹性的针,被称为弹簧针,使得芯片的管脚通过接触这些针实现电学测试。
外观检测:检测人员使用显微镜观察每个封装好的芯片,是否有缺角等外观瑕疵。
1.1 1 包装
将芯片包装成三种类型,料条(也叫套管)、料盘(也叫托盘)和卷盘(也叫卷筒)。料条主要是针对直插型的封装,料盘和卷盘只要针对贴片型的封装。设备自动化状况:设备自动化程度高。针对一些封装类型,包装与测试有时是在一个设备上完成的。
1.1 2 人工装箱
工序段工艺描述:按着一定数量装到小包装的箱子里,例如2000片放到一个小包装中,在箱子外边打印上条码和芯片信息,然后再将小包装根据订单装到大包装中,便于发货运输,并且要在大包装外边打印上所有小包装的条码信息和发货地址。
2 结束语
通过对半导体后道生产线工艺流程的分析探讨,可以得出国内半导体生产企业已经大量采用自动化设备。但是仍然存在制约生产率提高的瓶颈,未来半导体生产企业不断通过软硬件升级将会解决这些问题。
摘要：本文介绍了半导体生产线后道封装流程,并对相关设备的自动化程度进行分析。
关键词：半导体,封装生产线,自动化设备
参考文献
[1]王戟,王兵,李瑞东.半导体后段制造自动化[J].半导体行业,2008,(4):53-55.
[2]翁寿松.几种新的封装工艺[J].电子与封装.2007,7(2):1-3.
[3]徐宝兴.封装新动向[J].现代表面贴装资讯,2009,(6):38-40.
[4]胡鸿韬,江志斌,张怀.半导体生产线动态在制品水平控制方法[J].计算机集成制造系统,2008,14(9):1759-1765.
[5]李茂,王安麟.半导体封装测试厂库存控制系统的研究[J].电子与封装,2006,6(5):12-18.
资源封装 篇9
关键词：封装工艺,电气互联,高频焊接
当前信息时代, 人们在应用电子元件对设备进行控制时不再只是简单的将之组装在一起对设备进行控制。而是通过与机械设备的传动控制设备连接在一起, 通过形成一个能够完成某项具体工作的控制系统的方式实现对应的连接和操作。这时, 各个电子器件之间的电气连接成为了影响电子设备高可靠性工作的重要因素。作为一项涉及知识面广、综合性强、技术性能高的核心技术, 其在生产过程中得到了广泛的应用。与此同时, 为了保证电子器件能够长时间稳定工作, 对连接之后的电子器件进行气密封装也尤为重要。因此, 完美互联之后的气密封装是保证规模化电气器件设备稳定工作的根本。
1 电子器件间互联技术的基本内容与作用
1.1 电子器件间互联技术的基本内容
电子器件的互联技术主要包括互联材料、元器件、互联工艺、联接方式以及互联系统等几部分构成, 其中各项技术为电子器件之间的可靠联接提供了丰富的技术保障。例如, 电气器件中的插装、贴装元件;元件基板、印刷电路板等。如何将电气器件合理的装设在母板之上就需要对应的互联技术、互联工艺等。同时, 如元器件里有插装和贴装元件;基板分为元件基板和印刷电路板、互联母板等, 如何把元器件装到基板上, 就需要利用相对应的互联技术, 将之安装、焊接在电路板上。在联接的过程中, 还需要考虑环境温度、机械强度以及加工工艺等相关因素。
1.2 电子器件互联技术的作用
1) 电子器件的互联技术使得元器件朝着精细化方向发展
随着电子器件制造工艺以及互联工艺技术的不断发展, 使得电子元器件可以插装于线路板上, 从而改变了传统的将微型器件直接粘贴于基板表面的方式。同时, 基板还可以是双面、多层电路, 使得电子元件朝着小型化、集成化、高性能化的方向发展。例如, 使用的铝电解电容、钽电容改片式之后, 元件的性能参数、精密程度都得到了明显提升。同时, 通过电子器件互联技术, 有效的减少了分立元件的安装, 使得虚焊、脱焊等故障问题明显减少, 提高了元器件的使用寿命和使用性能。
2) 电子器件互联技术有效提高了制造业水平
随着高集成微型电子器件的大量使用, 超薄型智能计算机、LED液晶面板以及制造业中的机电设备等都得到了迅速的应用。其内部采用的精密互联技术使得电子器件的制造工艺更加高速、精密。尤其是在当前电子设备组装化、集成化、IC成扁平化、引脚阵列化以及芯片叠层化的发展, 使得对应的制造业水平得到了明显提高。
2 电子器件互联组装工艺系统 (SMT)
在电子器件的互联组装过程中, 采用的工艺系统主要包括全表面组装、表面组装以及插装混合组装等三种形式。其通过整合光、机、电技术, 形成了一个可以与计算机控制技术相互配合的综合体系。随着组装技术自动化程度的不断提高、精度不断提高, 电气器件的互联组装成本也对应得到提高。且对设备的使用环境提出了更高的要求, 其维护与使用成本增加等缺点也不断暴露出来。因此, 在电子器件的设备过程中, 要对各项因素进行综合考虑, 选择一个合理的元件进行匹配, 同时对参与工艺设计、制造等工作的人员提出了更高的要求。
在生产的过程中, 可以将SMT组装系统氛围单面、双面组装两种形式。通常使用的双面组装系统的各条单面SMA组装系统还可以用于双面SMA组装工艺, 在配备焊膏自动印刷机、自动点胶机等设备之后能够满足不同工艺需求的电子器件组装工作。在计算机构成的控制系统控制之下, 对数据进行检测, 通过反馈调节的方式对伺服控制系统进行及时矫正, 使得整个系统实现自动化。
3 提高电子器件封装工艺水平的相关技术
3.1 陶瓷尺寸精度、平整度控制
对于外壳为陶瓷的互联电子器件, 其采用的陶瓷封装外壳通常是由多种不同材料的零件装配、组合以及焊接而成的。因此, 在封装过程中对零件的尺寸公差等严格控制, 通常其误差要求控制在“微米级”之内。在采用将陶瓷外壳与金属零件焊接而成的方式时, 陶瓷自身的尺寸精度以及平整度等都对焊接质量以及焊接之后的气密性有直接影响。由于陶瓷外壳的质量对设备的电子元器件的可靠性有直接影响, 因此其加工过程中对外壳的工艺提出了严格的要求。
根据本人在校企合作中长期的生产实践, 对影响陶瓷烧结收缩尺寸精度的因素进行总结, 主要包括如下几个方面:
通常而言, 普通陶瓷在正常烧结时发生的尺寸收缩率在±1%左右, 而这么高的尺寸误差难以满足设备的后期使用要求。在烧结过程中, 由于使用了推板式的烧结炉进行陶瓷烧结, 烧结温度会随着进炉量的不同而略有波动, 所以在烧结过程中对烧结温度、配热等进行控制是控制烧结收缩率的一个关键工艺技术。在调节过程中, 可以采用配热瓷对产品进炉后的温度进行微小调节, 同时应该对进炉数量进行严格控制, 以对烧结收缩率进行良好控制。通常而言, 通过适当的调节和控制, 调节精度可以达到±0.2mm, 能够满足后期对陶瓷的尺寸要求。
对自由收缩的陶瓷层而言, 由于其内部不会产生应力, 只会出现致密化收缩现象。但是当采用双层共烧技术时, 任何一层的变形都会由于发生受约束变形而导致内部应力的产生。在该内部应力的作用下, 采用叠层复合材料制成的封装材料必然会通过发送开裂、弯曲等方式来释放内部应力, 对封装结构造成破坏。
3.2 金属化强度
对于高可靠性要求的陶瓷金属外壳, 要求陶瓷与金属器件之间具有较高的结合强度, 通过提高其密封强度、气密性强度的方式来提高元器件的封装可靠性。而金属化强度将直接影响到电子元器件的封装与气密性。因此, 作为影响电子元器件封装失效性的主要因素, 根据封装强度的大小来确定金属化强度是否达到要求显得尤为必要。
部分学者在研究的过程中, 认为影响金属化强度的重要因素——金属化粘结激励是存在于玻璃相的迁移, 而不是化学反应。而所谓的玻璃相迁移, 其本质是一种毛细流动, 在迁移过程中以液态玻璃相的表面张力作为动力。为了使得氧化铝陶瓷中的毛细管能够通过玻璃相迁移进入到金属化层毛细管中, 并且形成稳固的金属化层, 则必须确保金属化层的毛细引力大于毛细引力。
与此同时, 通过对金属化浆料中的溶剂成分进行控制, 通过添加适当的添加剂可以达到是陶瓷与金属良好结合、浸润的目的, 从保证其在烧结之前就可以与生瓷通过相互渗透形成对应稳定的结合面。由于该界面只存在于陶瓷与金属化的结合处, 而没有逐步向陶瓷体内部的纵深方向发展, 所以对上、下层之间的绝缘电阻没有影响, 只是对烧结过程中结合的强度有所提高, 从而提高了电子元器件的密封强度。通过以上工艺操作, 使得封装之后的元器件金属化强度达到1.086 kg, 基本能够满足对应的强度要求。
3.3 平行封焊技术的应用
在金属元器件的焊接过程中, 高质量的封焊技术是电子元器件得以焊接良好的根本。当前, 平行封焊技术是电子元器件封装过程中广泛采用的一种焊接技术。在焊接的过程中, 实际上就是将电能转化为热能的过程。在焊接过程中通过控制电源的能量释放, 将热量均匀的释放于封装盖板、基座的边缘, 将两者熔接于一处。当前, 平行焊接技术广泛应用于光电器件、石英晶体以及集成电路的焊接中, 且封装的大部分器件为方形。图2是利用平行封焊焊接的电子元器件:
在焊接过程中, 主要通过对焊接温度、封焊压力、焊接电源等进行控制达到保证焊接质量的目的。
1) 降低焊接温度
由于电子器件对温度的波动较为敏感, 稍大的温度变化都将影响其工作性能。因此, 为了避免在焊接过程中由于焊接热量向封装的内部敏感器件、电路等传导, 影响内部电子器件的正常使用, 一般采用为材料增加镀层的方式来降低焊接材料的熔点, 减少热量的扩散。封焊过程中, 对于平行封焊一般是采用镀镍、镀金或者是镍合金, 将之均匀的。例如, 当电镀镍合金之后, 焊接熔点将降至880℃, 而电镀镍时, 焊接熔点为995℃。
2) 封焊压力的控制
封焊压力对焊接质量的控制有重要影响, 当封焊压力过大时, 焊接面之间的接触电阻将减小, 接触面之间消耗的热量越多;当焊接压力较小时, 焊接面间的接触电阻降低, 所消耗的热量自然也降低。所以, 为了保证能量得以稳定的传输, 确保其最佳的封焊效果, 则必须保证焊接过程中电极的稳定焊接压力, 从而确保接触电阻值恒定, 封焊质量最佳。通常而言, 在焊接过程中压力控制系统一般采用闭环控制系统, 系统通过实时监控气缸入口的压力反馈值来调整监控压力, 使得输出的压力处于一个合理范围内稳定变化。
3) 焊接电源的选择
当前最先进的电子器件焊接电源为高频逆变电源, 其具有实时反馈、动态响应快扥特点, 对能量脉冲可以实现精确控制。在平行封焊过程中, 可以采用美国Miyachi Unitek生产的HF25焊接电源, 能达到焊接点致密、精度高的焊接质量。图3为封焊电源能量输出图。
4 结论
电子元器件间的联接和封装是电子元器件生产制造的关键环节, 在生产过程中应该对影响两者制造质量的工艺技术进行分析, 并通过实时控制的方式提高联接、封装质量。
参考文献
[1]张锡忠.浅谈电气互联技术[J].机电工程技术, 2012, 41 (3) :91-94.
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