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文化

成电拾忆
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20世纪70年代,随着集成电路微小型化及可靠性要求的不断提高,出现了一种先进的焊接组装技术——载带焊技术。1977年3月,载带凸点内引线焊接机在日本正式获得专利,并投入生产使用。进入20世纪80年代,该技术仍是外国对我国实行封锁禁运的项目之一,其关键问题和工艺细节均属极端保密范围,对该技术的内引线焊接机等关键设备,更难实现参观和引进。面对困难,我校四系(现机械电子工程学院)率先在国内研制成功载带内引线焊接机和热脉冲微带焊接机,填补了我国微电子焊接技术方面的一项空白,为我国载带焊技术的推广和应用,为我国集成电路的发展做出了成电人应有的贡献。

为提高我国集成电路及元器件军用产品质量,国防科工委科技部于1981年9月下达给我校“集成电路载带内引线焊接机”的研制任务,四系405教研室成立了以王用道老师为负责人的研制组,开始了ZN40507-I型载带内引线焊接机的研制工作。在该机的推广应用中,研制组发现该机还适宜于微带元件的焊接,又研制出热脉冲微带焊接机,经1985年电子工业部设计定型鉴定,命名为“ZN40507-型热脉冲微带焊接机”。先后参加两种焊接机研制及微带焊接机生产工作的有王用道、古洪元、林沫恩、梅敦行、刘勃、贾惠荣、林永清、朱勇、程琳等老师及邓炎、魏伦凯、张蓉萍、杨小红、白连升、阎惠莲等工人。

早在1976年,我国曾在北京、上海两地的工厂、研究所分别组织了载带焊技术攻关。当时,四系派出王用道、古洪元等5名教师带领6名学生到北京半导体器件一厂做毕业设计,该厂正和中国科学院半导体研究所一起进行载带焊接技术攻关。厂方在集成电路和印制电路的引线焊接方面遇到一些解决不了的关键技术,于是王用道等主动选此为题,带领学生一道开展载带凸点内引线焊接机的图纸设计工作。其中,王用道负责机械部分、古洪元负责电器部分,而学生则负责机械图纸的设计。由于当时国内载带制造存在困难(只能制作出0.1~0.2米长的载带,而要求是几十米长),且凸点存在脱落现象,研制工作被迫中止。到1981年8月,上海无线电一厂试制成功几十米长的载带,凸点芯片和载带的研制取得新进展,为载带内引线焊接机的继续研制创造了条件。

1981年10月,研制组与北京半导体器件一厂签订协议,将1978年双方协作研制的设备(内引线焊接机,包括手动微调台、机动微调台)运回成都继续研制。1982年初,研制组在原有设备基础上进行了改进设计和制造,于1982年10月试制成功第一台样机。该机由焊接机构(采用凸轮杠杆配重式,由步进电机驱动)、芯片送进机构(选用手动四连杆十字导轨机构)和载带传送机构(采用步进电机带动蜗杆蜗轮减速箱及拨轮传动机构)构成,具有结构简单、易于制造、精度高等特点。同时,该机采用了光学投影放大系统使微电路尺寸放大80倍出现在投影屏幕上,便于工人直接从屏幕上对准,不必成天观察显微镜,解放了工人的眼睛,减轻了劳动强度。

1983年3月以后,研制组先后利用该机在国营715厂、航天工业部704所、上海无线电20厂、南京1014所等进行产品试焊试验。试验结果表明:该机可实现金-金系统直接热压焊,焊接牢固,焊点平整,可靠性高与焊接效率高;焊接质量远远超过现有热压焊、超声压焊及金丝球焊等任何一种焊接工艺所能达到的水平,已达到80年代初英国Rosemount公司生产的类似元件的引线焊接质量,可以认为该项工艺与设备在制造高可靠性的宇航工程元器件中有很高的使用价值。

1983年7月5日,该机顺利通过电子工业部组织的部级技术鉴定。鉴定会认为,“该项成果具有生产率高、可靠性高、成本低、劳动强度低等优点,使技术与经济达到了统一,具有一定的先进性和实用性,对在集成电路生产中推广使用,提供了有利的条件,并能获得较多的经济效益。国内首次实现载带内引线焊接,属先进水平”。

在推广应用过程中,该机先后在715厂设计一所进行了在薄膜电路、VKG开关电路上焊微带电容,在VXF限幅器上焊二极管等试验,并进行了RI21型微带电阻、CT43独石微带电容引线焊接实验,取得较好效果,表明该机还适宜于微带元件的焊接。于是,研制组自1983年12月起,开始了微带焊接机的研制。当时,对这方面的技术及设备,国外对我国仍然实行封锁和禁运,研制组在日本考察参观时,厂方拆去了其中的关键部分,更不提供任何技术资料。研制组在载带焊接机的基础上改进设计、简化结构,于1984年下半年研制成功全部采用国产元器件生产的微带焊接机。

当时,国防科工委、四机部等组织的航天、宇航技术攻关需要大量的电子元件,而各生产厂家在电子元件焊接中普遍面临着焊点不耐高温、不牢固易脱落等问题。微带焊接机的成功研制攻克了“七专”项目在微带元器件焊接可靠性方面的关键技术,受到众多“七专”产品生产厂家的欢迎,他们纷纷前来定购。自1984年10月起,四系研制组与实习工厂生产的微带焊接机先后出售给三机部304所、电子部1449所、电子部第9研究所等单位使用。经过长期的使用表明:“该机使用方便、操作简单、能提高焊接质量和效率”“最适用微带电路和混合集成电路”“具有许多独到的特点,为焊接技术又提供了一种新型工具,完全能满足电子元件焊接性能的要求”“填补了焊接工艺中的一项空白”。

1985年12月2日,电子工业部组织设计定型鉴定会,正式将研制组研制的微带焊接机命名为“ZN40507-型热脉冲微带焊接机”。鉴定会认为,该机大大提高了微带电路的焊接可靠性,焊点牢固,可抗拉力达340克,焊点耐高温500,并且焊点在高、低温交变环境下,仍能满足使用要求;焊接时基底不通电、不加热、不用焊剂,减小了焊接时温度对元件的破坏,避免了对电路的腐蚀;该机结构简单、工艺可靠、使用方便灵活,能满足多种类型元件及多种材料的焊接;“填补了国内微电子器件热脉冲焊接的一项空白,具有创造性,属国内首创和先进水平,经使用证明,具有实用性和推广价值”。

1986年10月,“热脉冲微带与集成电路载带内引线焊接机”获电子工业部科技进步一等奖;1989年,王用道因在军用电子元器件高可靠“七专”十年工作中成绩显著,荣获二等奖。这些再次表明两种焊接机,尤其是微带焊接机在我国集成电路生产中的重要作用,以及其技术指标在国内的领先地位,也肯定了成电人在技术创新、服务国防等方面所做出的努力和贡献。

                                      (本文得到王用道教授等提供的宝贵资料及意见与建议,在此致以诚挚的谢意!)

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