智力搶答器設計

1、目 錄緒 論2第1章 總體方案的設計31.1 任務要求3第2章 單元電路的設計52.1 搶答電路52.1.2 優(yōu)先編碼器 74LS14862.1.3 CD4511引腳圖72.1.3 七段數碼顯示管92.2 計時器電路102.2.1 計數器74LS160加法計數器（四位二進制）102.2.2 其它元件112.3 報警電路112.4 振蕩電路11第3章 整機電路的工作原理13第4章 系統仿真與調試154.1 multisim系統介紹154.2 電路仿真194.2.1 電路仿真圖19第5章 實物制作215.1 制作過程215.2 元器件表器件（見附錄2）215.3 器件插放及焊接工藝215.3.1

2、器件插放215.3.2 元器件焊接工藝要求26總 結.28緒 論隨著我國經濟和文化事業(yè)的發(fā)展，在很多競爭場合都要求有快速公正的額競爭裁決，例如證券、股票交易及各種智力競賽等。在現代生活中，智力競賽更是作為一種生動活潑的教育形式和方法能夠引起觀眾的極大興趣。而在競賽中往往分為幾組參加，這時針對主持人提出的問題，各組一般都要進行必答和搶答，對必答一般有時間限制，到時有聲響提示；對于搶答，要判定哪組先按鍵，為了公正，這就要有一種邏輯電路搶答器作為裁判員，一般搶答器由很多門電路組成，線路復雜，可靠性低，特別是搶答路數增多時，實現起來就更加困難。本文介紹了一種利用數字電路實現的搶答系統，具有很強的實用性

3、。數字搶答器由主體電路與擴展電路組成。優(yōu)先編碼器、鎖存器、譯碼電路將參賽隊的輸入信號在顯示器上輸出；用控制器和主持人開關啟動報警電路，以上兩部分組成主體電路。搶答器具有數據鎖存和顯示功能。搶答開始后，若有選手按動搶答按鈕，編號立即鎖存，并在數碼顯示器上顯示選手編號，同時揚聲器給出提示音；同時所存輸入電路，禁止其他選手搶答。優(yōu)先搶答選手的編號一直保持到主持人將系統清零為止。搶答器具有定時搶答的功能，且一次搶答時間為10秒。當主持人啟動“開始”按鈕后，要求定時器立即進行加計時，并用顯示器顯示通過定時電路和譯碼電路將秒脈沖產生的信號在顯示器上輸出實現計時功能，構成擴展電路。參賽選手在設定的時間內進行

4、搶答，搶答有效，定時器停止工作，顯示器上顯示選手的編號和搶答時刻的時間，并保持到主持人將系統清零為止；如果定時搶答時間已到，而沒有選手搶答時，本次搶答無效，并封鎖輸入電路，禁止選手超時后搶答，定時顯示器上顯示9并保持。經過布線、焊接、調試等工作后數字搶答器完成。第1章 總體方案的設計1.1 任務要求(1)4名選手編號為：K1，K2，K3，K4。各有一個搶答按鈕，按鈕的編號與選手的編號對應，也分別為1，2，3，4。(2)給主持人設置一個控制按鈕，用來控制系統清零（搶答顯示數碼管滅燈）和搶答的開始。(3)搶答器具有數據鎖存和顯示的功能。搶答開始后，若有選手按動搶答按鈕，該選手編號立即鎖存，并在搶答

5、顯示器上顯示該編號，同時揚聲器給出音響提示，封鎖輸入編碼電路，禁止其他選手搶答。搶答選手的編號一直保持到主持人將系統清零為止。(4)搶答器具有定時（10秒）搶答的功能。當主持人按下開始按鈕后，定時器開始計時，定時顯示器顯示計時間間，若無人搶答，計時結束時，揚聲器響，音響持續(xù)1秒。參賽選手在設定時間（10秒）內搶答有效，搶答成功，揚聲器響，音響持續(xù)1秒，同時定時器停止計時，搶答顯示器上顯示選手的編號，定時顯示器上顯示搶答時間，并保持到主持人將系統清零為止。(5)如果搶答定時已到，卻沒有選手搶答時，本次搶答無效。系統揚聲器報警（音響持續(xù)1秒），并封鎖輸入編碼電路，禁止選手超時后搶答，時間顯示器顯示

6、9。(6)可用石英晶體振蕩器或者555定時器產生頻率為1Hz的脈沖信號，作為定時計數器的CP信號。1.2 總體電路框圖當主持人宣布開始，定時電路開始秒脈沖電路的作用而進行倒記時，并通過譯碼器在顯示器中顯示。報警電路給出聲音提示。當選手首先按某一開關鍵時，可通過觸發(fā)鎖存電路被觸發(fā)并鎖存，在輸出端產生相應的開關電平信息，同時為防止其它開關隨后觸發(fā)而產生紊亂，最先產生的輸出電平變化又反過來將觸發(fā)電路鎖定。然后在譯碼器中譯碼，將觸發(fā)器輸出的數據轉換為數碼管需要的邏輯狀態(tài)。最后在顯示電路中顯示出所按鍵選手的號碼。若有多個開關同時按下時，則在它們之間存在著隨機競爭的問題，結果可能是它們中的任一個產生有效輸

7、出。如圖1-1開關陣列觸發(fā)器鎖存電路譯碼電路主持人控制開關控制電路報警電路秒脈沖產生電路定時電路譯碼電路顯示電路顯示電路 圖1-1系統框圖第2章 單元電路的設計2.1 搶答電路搶答電路包括：開關陣列電路 K1K4、編碼器 74LS148、譯碼器 4511BP_5V、七段字符顯示器；開關陣列電路 K1space開關陣列用于選手搶答和主持人控制搶答開關作用，當主持人關閉搶答時即電路接低電平時，其余四組搶答開關無效，并且主持人開關具有清零上一次搶答結果的作用；當主持人開啟搶答器時，其余四組開關開始起搶答控制器作用即開始搶答；如圖2-1-1所示為開關陣列。- 圖2-1-1 開關陣列電路 優(yōu)先編碼器 7

8、4LS14874LS148為8線3線優(yōu)先編碼器，圖2-1-2為其管腳,表2-1為其真值表。圖2-1-2 74LS148管腳圖表2-1 74LS148 8線3線二進制編碼器真值表 74LS148工作原理如下： 該編碼器有8個信號輸入端，3個二進制碼輸出端。此外，電路還設置了輸入使能端EI，輸出使能端EO和優(yōu)先編碼工作狀態(tài)標志GS。 當EI=0時，編碼器工作；而當EI=1時，則不論8個輸入端為何種狀態(tài)，3個輸出端均為高電平，且優(yōu)先標志端和輸出使能端均為高電平，編碼器處于非工作狀態(tài)。這種情況被稱為輸入低電平有效，輸出也為低電來有效的情況。當EI為0，且至少有一個輸入端有編碼請求信號（邏輯0）時，優(yōu)先

9、編碼工作狀態(tài)標志GS為0。表明編碼器處于工作狀態(tài)，否則為1。由功能表可知，在8個輸入端均無低電平輸入信號和只有輸入0端（優(yōu)先級別最低位）有低電平輸入時，A2A1A0均為111，出現了輸入條件不同而輸出代碼相同的情況，這可由GS的狀態(tài)加以區(qū)別，當GS1時，表示8個輸入端均無低電平輸入，此時A2A1A0=111為非編碼輸出；GS0時，A2A1A0=111表示響應輸入0端為低電平時的輸出代碼（編碼輸出）。EO只有在EI為0，且所有輸入端都為1時，輸出為0，它可與另一片同樣器件的EI連接，以便組成更多輸入端的優(yōu)先編碼器。 從功能表不難看出，輸入優(yōu)先級別的次為7，6，0。輸入有效信號為低電平，當某一輸入

10、端有低電平輸入，且比它優(yōu)先級別高的輸入端無低電平輸入時，輸出端才輸出相對應的輸入端的代碼。例如5為0。且優(yōu)先級別比它高的輸入6和輸入7均為1時，輸出代碼為010，這就是優(yōu)先編碼器的工作原理。 CD4511引腳圖圖2-1-3 CD4511其功能介紹如下：BI：4腳是消隱輸入控制端，當BI=0 時，不管其它輸入端狀態(tài)如何，七段數碼管均處于熄滅（消隱）狀態(tài)，不顯示數字。  LT：3腳是測試輸入端，當BI=1，LT=0 時，譯碼輸出全為1，不管輸入狀態(tài)如何，七段均發(fā)亮，顯示“8”。它主要用來檢測數碼管是否損壞。 LE：5腳是鎖定控制端，當LE=0時，允許譯碼輸出。 LE=

11、1時譯碼器是鎖定保持狀態(tài)，譯碼器輸出被保持在LE=0時的數值。A1、A2、A3、A4、為8421BCD碼輸入端。 a、b、c、d、e、f、g：為譯碼輸出端，輸出為高電平1有效。表2-2 CD4511的邏輯功能表輸入輸出顯示字符LEBI非LT非A4A3A2A1gfedcba011111118010000000滅111不變維持0110000011111100110001000011010110010101101120110011100111130110100110011040110101110110150110110111110160110111000011170111000111111

12、1801100111011111901110100000000滅01111100000000滅 七段數碼顯示管圖2-1-4 七段數碼顯示管7段數碼管是由7個獨立的二極管采用共陰或共陽的方法連接而成。通常將這7個獨立的二極管做成a、b、c、d、e、f、g這7個筆劃。通過一個7位的二進制電平信號就可以顯示出想要的結果。例如，點亮二極管b、c，數碼管將會顯示數字1，點亮a、b、c、d、e、f、g，數碼管將會顯示數字0。所以，數碼管的顯示需要有7根連線。每個數字對應的二進制碼如表2-2所示。表2-3 七段數碼顯示器功能表顯 示 數 字abcdefg011111101011000021101101311

13、11001401100115101101160011111711100008111111190001101 本電路是采用共陰極LED數碼管，輸入高電平有效，其公共端接地。2.2 計時器電路計時器電路包括：計數器74LS160加法計數器（四位二進制）、譯碼器4511BP_5V、七段字符顯示器； 計數器74LS160加法計數器（四位二進制）圖2-2-1 74LS160管腳圖各種管腳的功能如下：16號管腳：VCC:接5伏電壓 15號管腳：CO 進位輸出 1411號管腳：信號輸出 10號管腳：CTT 9號管腳：置數端 8號管腳：GND 接地 7號管腳：CTP 63號管腳：信號輸入 2號管腳：接CP1號

14、管腳為異步清零端，當CR非=0時，Q0Q3均為0。10號管腳LD非（低電平有效）為置入控制端，當CR非=1、LD非=0時，在CP時鐘的上升沿作用下，外加輸入數據D0D3同時置入，及Q0=D0，Q1=D1，Q2=D2，Q3=D3。CTP，CTT為計數控制信號，在CR非=1，LD非=1的情況下，CTP=1,CTT=1完成4為二進制加法計數；CTT=0，CTP=1時，電路中各級觸發(fā)器的狀態(tài)處于保持狀態(tài)，而輸出CO=0；CTT=1，CTP=0時電路各級觸發(fā)器均處于保持。表2-3 74LS160邏輯功能表輸入輸出CLKCLRLOADENPENTDCBAQDQCQBQA0000010DCBADCBA110

15、保持110保持 1111計數 其它元件譯碼器4511BP_5V、七段數碼顯示器同譯碼器 4511BP_5V、2.1.4七段字符顯示器。2.3 報警電路報警電路包括：分頻器（兩個74LS00組成）、蜂鳴器BUZZER；分頻器（兩個74LS00組成）分頻器主要用于降低多諧振蕩器產生的秒脈沖信號使蜂鳴器獲得低電平從而發(fā)出報警音，圖2-3-1為由兩個74LS00組成的分頻器。圖2-3-1分頻器蜂鳴器BUZZER蜂鳴器主要用于產生報警信號，在本設計中采用低電平報警器，在選手開始搶答時，一旦某選手率先搶答成功就發(fā)出提示音，搶答時間結束（顯示器顯示9時）蜂鳴器發(fā)出提示音，圖2-3-2所示為該蜂鳴器圖2-3-

16、2 蜂鳴器2.4 振蕩電路555定時器是一種多功能的中規(guī)模集成器件，它的結構比較復雜，在定時器內部，一般包含20多只晶體管，10多個電阻和數值電容。本系統需要產生頻率為500KHZ的脈沖信號，用于為161道計數提供CP信號，及頻率為1HZ信號用于計時電路。以上電路可用555定時器組成，如圖2-4-1圖2-4-1脈沖振蕩電路2.4.1 555_VIRTUAL芯片圖2-4-1 555_VIRTUAL芯片管腳圖555芯片的VCC和GND端分別為電源端和接地端，OUT為輸出端，輸出時鐘脈沖信號，RST為復位端，低電平有效；CON為電壓控制端，當不用時，為提高電路的穩(wěn)定性，常把其經一0.01uF的電容接

17、地；THR為高電平觸發(fā)端；DIS為放電端，也可以作為集電極開路輸出端使用；TRI為低電平觸發(fā)端。第3章 整機電路的工作原理本電路由三大部分組成：搶答電路、計時電路、報警電路。其中搶答電路主要由鎖存器74LS175、優(yōu)先編碼器74LS148、譯碼器4511BP_5V（即CD4511）；搶答電路：通過J5開關主持人控制CLR控制鎖存器，當主持人開關打在高電平1時，搶答開始，K1、K2、K3、K4四位選手按下搶答開關.下面以K2選手率先搶答為例：主持人key=space按下開關開始搶答，K2號選手率先按下搶答開關，搶答信號輸入以高電平信號表示，這里視為1當高電平信號號傳輸到鎖存器74LS175時，2

18、Q腳輸出高電平，輸入編碼器74LS148，該數據編碼經過編碼器編碼后輸出三位編碼代碼，然后經過非門電路轉換后經由譯碼器CD4511譯碼為搶答成功選手的代碼，并在七段數碼顯示器上顯示該號碼。同時在主持人按下開始開關時，輸入信號經由鎖存器傳輸到與非門電路轉變?yōu)榈碗娖叫盘?，然后經過非門電路轉換為高電平信號1，從而觸發(fā)計數器74LS160開始計數，計數代碼經過譯碼器CD4511譯碼為0-9的加計時數碼，并在多諧振蕩脈沖電路的脈沖信號作用下呈現遞增輸出0-9十個數；在計數電路作用的同時報警電路接收到由搶答電路轉換傳輸過來的選手搶答信號，并在信號到來時發(fā)出報警音，報警器為低電平報警器，由多諧振蕩電路提供

19、脈沖信號，并經過分頻器分頻出低電平信號，從而發(fā)出報警音；并且反饋一個搶答完成信號到鎖存器鎖存端CLK鎖存顯示的選手編碼，并阻止其他選手搶答。當無人搶答時：主持人按下開關開始搶答，在沒有選手搶答時搶答電路處于未觸發(fā)狀態(tài)；搶答器顯示器不現實數據。主持人按下開關鎖存器74LS175傳出一個信號到74LS20然后經過74LS00轉換后傳輸到計時器74LS160開始編碼計時，并將編碼信號傳輸到譯碼器451BP_5V然后在顯示器屏幕上顯示0-9的加計時，多諧振蕩電路輸出一個cp脈沖信號到74LS160使其開始脈沖編碼，產生計時編碼；當顯示器顯示9時另一個多諧振蕩電路迅速作用產生信號提供給鎖存器74LS17

20、45使其鎖存代碼，關閉搶答電路，是所有選手無法搶答，同時多諧振蕩電路產生的信號為低電平報警器提供報警信源，報警器開始報警，提示選手已經無法搶答。該搶答器主要具有搶答超時報警，編碼鎖存，計時顯示等功能。第4章 系統仿真與調試4.1 multisim系統介紹Multisim是美國國家儀器（NI）有限公司推出的以Windows為基礎的仿真工具，適用于板級的模擬/數字電路板的設計工作。它包含了電路原理圖的圖形輸入、電路硬件描述語言輸入方式，具有豐富的仿真分析能力，如圖4-1為multisim10的啟動界面。圖4-1啟動界面軟件以圖形界面為主，采用菜單、工具欄和熱鍵相結合的方式，具有一般Windows應

21、用軟件的界面風格，用戶可以根據自己的習慣和熟悉程度自如使用。 Multisim的主窗口界面。 啟動Multisim 10后，將出現如圖4-2所示的界面。 圖4-2multisim10主界面界面由多個區(qū)域構成：菜單欄，各種工具欄，電路輸入窗口，狀態(tài)條，列表框等。通過對各部分的操作可以實現電路圖的輸入、編輯，并根據需要對電路進行相應的觀測和分析。用戶可以通過菜單或工具欄改變主窗口的視圖內容。 菜單欄 菜單欄位于界面的上方，通過菜單可以對Multisim的所有功能進行操作。 不難看出菜單中有一些與大多數Windows平臺上的應用軟件一致的功能選項，如File，Edit，View，Options，He

22、lp。此外，還有一些EDA軟件專用的選項，如Place，Simulation，Transfer以及Tool等。 1. File File菜單中包含了對文件和項目的基本操作以及打印等命令。 命令 功能 New 建立新文件 Open 打開文件 Close 關閉當前文件 Save 保存 Save As 另存為 New Project 建立新項目 Open Project 打開項目 Save Project 保存當前項目 Close Project 關閉項目 Version Control 版本管理 Print Circuit 打印電路 Print Report 打印報表 Print Instrume

23、nt 打印儀表 Recent Files 最近編輯過的文件 Recent Project 最近編輯過的項目 Exit 退出Multisim 2. Edit Edit命令提供了類似于圖形編輯軟件的基本編輯功能，用于對電路圖進行編輯。 命令 功能 Undo 撤消編輯 Cut 剪切 Copy 復制 Paste 粘貼 Delete 刪除 Select All 全選 Flip Horizontal 將所選的元件左右翻轉 Flip Vertical 將所選的元件上下翻轉 90 ClockWise 將所選的元件順時針90度旋轉 90 ClockWiseCW 將所選的元件逆時針90度旋轉 Component

24、Properties 元器件屬性 3View 通過View菜單可以決定使用軟件時的視圖，對一些工具欄和窗口進行控制。 命令 功能 Toolbars 顯示工具欄 Component Bars 顯示元器件欄 Status Bars 顯示狀態(tài)欄 Show Simulation Error Log/Audit Trail 顯示仿真錯誤記錄信息窗口 Show XSpice Command Line Interface 顯示Xspice命令窗口 Show Grapher 顯示波形窗口 Show Simulate Switch 顯示仿真開關 Show Grid 顯示柵格 Show Page Bounds 顯

25、示頁邊界 Show Title Block and Border 顯示標題欄和圖框 Zoom In 放大顯示 Zoom Out 縮小顯示 Find 查找 4Place 通過Place命令輸入電路圖。 命令 功能 Place Component 放置元器件 Place Junction 放置連接點 Place Bus 放置總線 Place Input/Output 放置輸入/出接口 Place Hierarchical Block 放置層次模塊 Place Text 放置文字 Place Text Description Box 打開電路圖描述窗口，編輯電路圖描述文字 Replace Compo

26、nent 重新選擇元器件替代當前選中的元器件 Place as Subcircuit 放置子電路 Replace by Subcircuit 重新選擇子電路替代當前選中的子電路 5Simulate 通過Simulate菜單執(zhí)行仿真分析命令。 命令 功能 Run 執(zhí)行仿真 Pause 暫停仿真 Default Instrument Settings 設置儀表的預置值 Digital Simulation Settings 設定數字仿真參數 Instruments 選用儀表（也可通過工具欄選擇） Analyses 選用各項分析功能 Postprocess 啟用后處理 VHDL Simulation

27、 進行VHDL仿真 Auto Fault Option 自動設置故障選項 Global Component Tolerances 設置所有器件的誤差 6Transfer菜單 Transfer菜單提供的命令可以完成Multisim對其它EDA軟件需要的文件格式的輸出。 命令 功能 Transfer to Ultiboard 將所設計的電路圖轉換為Ultiboard（Multisim中的電路板設計軟件）的文件格式 Transfer to other PCB Layout 將所設計的電路圖以其他電路板設計軟件所支持的文件格式 Backannotate From Ultiboard 將在Ultiboa

28、rd中所作的修改標記到正在編輯的電路中 Export Simulation Results to MathCAD 將仿真結果輸出到MathCAD Export Simulation Results to Excel 將仿真結果輸出到Excel Export Netlist 輸出電路網表文件 7Tools Tools菜單主要針對元器件的編輯與管理的命令。 命令 功能 Create Components 新建元器件 Edit Components 編輯元器件 Copy Components 復制元器件 Delete Component 刪除元器件 Database Management 啟動元器件

29、數據庫管理器，進行數據庫的編輯管理工作 Update Component 更新元器件 8Options 通過Option菜單可以對軟件的運行環(huán)境進行定制和設置。 命令 功能 Preference 設置操作環(huán)境 Modify Title Block 編輯標題欄 Simplified Version 設置簡化版本 Global Restrictions 設定軟件整體環(huán)境參數 Circuit Restrictions 設定編輯電路的環(huán)境參數 9Help Help菜單提供了對Multisim的在線幫助和輔助說明。 命令 功能 Multisim Help Multisim的在線幫助 Multisim R

30、eference Multisim的參考文獻 Release Note Multisim的發(fā)行申明 About Multisim Multisim的版本說明 工具欄 Multisim 2001提供了多種工具欄，并以層次化的模式加以管理，用戶可以通過View菜單中的選項方便地將頂層的工具欄打開或關閉，再通過頂層工具欄中的按鈕來管理和控制下層的工具欄。通過工具欄，用戶可以方便直接地使用軟件的各項功能。 頂層的工具欄有：Standard工具欄、Design工具欄、Zoom工具欄，Simulation工具欄。 1Standard工具欄包含了常見的文件操作和編輯操作，如下圖所示： 2Design工具欄作

31、為設計工具欄是Multisim的核心工具欄，通過對該工作欄按鈕的操作可以完成對電路從設計到分析的全部工作，其中的按鈕可以直接開關下層的工具欄：Component中的Multisim Master工具欄，Instrument工具欄。 （1）作為元器件（Component）工具欄中的一項，可以在Design工具欄中通過按鈕來開關Multisim Master工具欄。該工具欄有14個按鈕，每個每一個按鈕都對應一類元器件，其分類方式和Multisim元器件數據庫中的分類相對應，通過按鈕上圖標就可大致清楚該類元器件的類型。具體的內容可以從Multisim的在線文檔中獲取。 這個工具欄作為元器件的頂層工具

32、欄，每一個按鈕又可以開關下層的工具欄，下層工具欄是對該類元器件更細致的分類工具欄。以第一個按鈕 為例。通過這個按鈕可以開關電源和信號源類的Sources工具欄如下圖所示： （2）Instruments工具欄集中了Multisim為用戶提供的所有虛擬儀器儀表，用戶可以通過按鈕選擇自己需要的儀器對電路進行觀測。 3用戶可以通過Zoom工具欄方便地調整所編輯電路的視圖大小。 4Simulation工具欄可以控制電路仿真的開始、結束和暫停。 4.2 電路仿真 電路仿真圖圖4-2-1搶答未開始圖4-2-2搶答成功圖4-2-3搶答超時第5章 實物制作5.1 制作過程電路圖繪制系統仿真元器件領取并檢測元器件

33、規(guī)則的分布在萬用板上元器件焊接檢查調試5.2 元器件表器件（見附錄2）5.3 器件插放及焊接工藝 器件插放一、引腳成形方法和技術要求 1手工整形 手工整形工具主要有鑷子和尖嘴鉗，基本步驟及如圖所示。 2專用整形設備 在 大批量生產中，引腳成形全是用專用設備來完成的，如集成電路引腳成形專用設備、電阻引腳成形專用設備等。3引腳成形的技術要求 (1) 引腳成形后，元器件本身不能受傷，不可以出現模印、壓痕和裂紋。 (2) 引腳成形后，引腳直徑的減小或變形不可以超過原來的10% 。 (3) 若引腳上有焊點，則在焊點和元器件之間不準有彎曲點，焊點到彎曲點之間應保持2mm 以上的間距。 (4) 通常各種元器

34、件的引腳尺寸都有不同的基本要求。 二、 導線和屏蔽線端頭處理 1導線的種類 常用連接導線有三類：單股線、多股線和屏蔽線( 同軸電纜) ，其外形如圖所示。 2單股線與多股線的處理方法 單股線與多股線的處理步驟及如圖所示。 3屏蔽線端頭的處理方法 屏蔽線端頭的處理步驟及如圖所示。 三、 元器件成形、導線處理注意事項1安裝方式 電子元器件成形的安裝方式圖示及說明如圖所示。 2標記朝向 引腳成形、安裝以后，元器件的標記朝向如圖 所示。 3引腳彎折處理 當安裝、焊接固定元件時，為防止元件掉出來應折彎引腳，并且要注意整形效果。具體操作如圖3 所示。 4.安裝時注意事宜在安裝時，不要用手直接觸碰元器件引腳和

35、印制板上的焊盤。5.3.2 PCB芯片封裝的焊接方法及工藝流程板上芯片封裝（COB），半導體芯片交接貼裝在印刷線路板上，芯片與基板的電氣連接用引線縫合方法實現，芯片與基板的電氣連接用引線縫合方法實現，并用樹脂覆蓋以確?？煽啃?。雖然COB是最簡單的裸芯片貼裝技術，但它的封裝密度遠不如TAB和倒片焊技術。 板上芯片（ChipOnBoard,COB)工藝過程首先是在基底表面用導熱環(huán)氧樹脂(一般用摻銀顆粒的環(huán)氧樹脂)覆蓋硅片安放點，然后將硅片直接安放在基底表面，熱處理至硅片牢固地固定在基底為止，隨后再用絲焊的方法在硅片和基底之間直接建立電氣連接。 與其它封裝技術相比，COB技術價格低廉（僅為同芯片的1

36、/3左右）、節(jié)約空間、工藝成熟。但任何新技術在剛出現時都不可能十全十美，COB技術也存在著需要另配焊接機及封裝機、有時速度跟不上以及PCB貼片對環(huán)境要求更為嚴格和無法維修等缺點。 某些板上芯片(CoB)的布局可以改善IC信號性能，因為它們去掉了大部分或全部封裝，也就是去掉了大部分或全部寄生器件。然而，伴隨著這些技術，可能存在一些性能問題。在所有這些設計中，由于有引線框架片或BGA標志，襯底可能不會很好地連接到VCC或地。可能存在的問題包括熱膨脹系數(CTE)問題以及不良的襯底連接。 COB主要的焊接方法： （1）熱壓焊 利用加熱和加壓力使金屬絲與焊區(qū)壓焊在一起。其原理是通過加熱和加壓力，使焊區(qū)

37、（如AI）發(fā)生塑性形變同時破壞壓焊界面上的氧化層，從而使原子間產生吸引力達到“鍵合”的目的，此外，兩金屬界面不平整加熱加壓時可使上下的金屬相互鑲嵌。此技術一般用為玻璃板上芯片COG。 （2）超聲焊 超聲焊是利用超聲波發(fā)生器產生的能量，通過換能器在超高頻的磁場感應下，迅速伸縮產生彈性振動，使劈刀相應振動，同時在劈刀上施加一定的壓力，于是劈刀在這兩種力的共同作用下，帶動AI絲在被焊區(qū)的金屬化層如（AI膜）表面迅速摩擦，使AI絲和AI膜表面產生塑性變形，這種形變也破壞了AI層界面的氧化層，使兩個純凈的金屬表面緊密接觸達到原子間的結合，從而形成焊接。主要焊接材料為鋁線焊頭，一般為楔形。 （3）金絲焊

38、球焊在引線鍵合中是最具代表性的焊接技術，因為現在的半導體封裝二、三極管封裝都采用AU線球焊。而且它操作方便、靈活、焊點牢固（直徑為25UM的AU絲的焊接強度一般為0.070.09N/點），又無方向性，焊接速度可高達15點/秒以上。金絲焊也叫熱（壓）（超）聲焊主要鍵合材料為金（AU）線焊頭為球形故為球焊。 COB封裝流程 第一步：擴晶。采用擴張機將廠商提供的整張LED晶片薄膜均勻擴張，使附著在薄膜表面緊密排列的LED晶粒拉開，便于刺晶。 第二步：背膠。將擴好晶的擴晶環(huán)放在已刮好銀漿層的背膠機面上，背上銀漿。點銀漿。適用于散裝LED芯片。采用點膠機將適量的銀漿點在PC印刷線路板上。 第三步：將備好

39、銀漿的擴晶環(huán)放入刺晶架中，由操作員在顯微鏡下將LED晶片用刺晶筆刺在PCB印刷線路板上。 第四步：將刺好晶的PCB印刷線路板放入熱循環(huán)烘箱中恒溫靜置一段時間，待銀漿固化后取出(不可久置，不然LED芯片鍍層會烤黃，即氧化，給邦定造成困難)。如果有LED芯片邦定，則需要以上幾個步驟；如果只有IC芯片邦定則取消以上步驟。 第五步：粘芯片。用點膠機在PCB印刷線路板的IC位置上適量的紅膠(或黑膠)，再用防靜電設備(真空吸筆或子)將IC裸片正確放在紅膠或黑膠上。 第六步：烘干。將粘好裸片放入熱循環(huán)烘箱中放在大平面加熱板上恒溫靜置一段時間，也可以自然固化(時間較長)。 第七步：邦定(打線)。采用鋁絲焊線機將晶片(LED晶粒或IC芯片)與PCB板上對應的焊盤鋁絲進行橋接，即COB的內引線焊接。 第八步：前測。使用專用檢測工具(按不同用途的COB有不同的設備，簡單的就是高精密度穩(wěn)壓電源)檢測COB板，將不合格的板子重新返修。 第九步：點膠。采用點膠機將調配好的AB膠適量地點到邦定好的LED晶粒上，IC則用黑膠封裝，然后根據客戶要求進行外觀封裝。 第十步：固化。將封好膠的PCB印刷線路板放入熱循環(huán)烘箱中恒溫靜置，根據要求可設定不同的烘干時間。 第十一步：后測。將封裝好的PCB印刷線路板再用專用的檢測工具