【微观看世界】小小鼠标光学引擎,内有广大乾坤世界
1964年,美国斯坦福研究院年轻的科学家道格拉斯·恩格尔巴特博士(Douglas Engelbart)发明了鼠标。第一只鼠标的外壳是用木头精心雕刻而成,整个鼠标只有一个按键,在底部安装有金属滚轮,用以控制光标的移动。
经过近50年的发展,鼠标已经脱离了原来笨重简陋的形态,发展为轻盈美观、功能强大的光电鼠标,成为了电脑部件必不可少的一部分。
下面,一台老式的单目光学生物显微镜(1972年重庆牌),带你进入光电鼠标的微观世界。
拆开后,内部元件很少、非常简单,但精度和速度不低,得益于采用了一颗A2700光学传感器。
A2700在一颗面积仅9.9x9.1mm的8pin DIP封装SoC芯片中集成了LED光学传感器(IAS图像采集系统),数字信号处理器(DSP)以及USB输出电路,还包括晶振频率发生器和负载电阻,可以省去多种外部组件,简化鼠标结构。芯片内包含一次性编程存储空间,厂商可写入制造商识别信息,设定鼠标分辨率、传感器方向等。该传感器不需要精确定位,可方便大规模组装制造。分辨率为250到1250CPI,最大速度每秒30英寸,最大加速度8G。
哇,金线狂舞,数了一下,有25根之多!光电鼠标的含金量不低哦。
IC芯片引线知识
IC芯片引线的技术又称引线键合技术(WB):是将半导体裸芯片焊区与微电子封装的I/O引线或基板上的金属布线焊区用金属细丝连接起来的工艺技术。
常用引线键合方式有三种:热压键合,超声键合,热超声波(金丝球)键合
超声键合:超声波发生器使劈刀发生水平弹性振动,同时施加向下压力。劈刀在两种力作用下带动引线在焊区金属表面迅速摩擦,引线发生塑性变形,与键合区紧密接触完成焊接。常用于Al丝键合,键合点两端都是楔形。
热压键合:利用加压和加热,使金属丝与焊区接触面原子间达到原子引力范围,实现键合。一端是球形,一端是楔形,常用于Au丝键合。
金丝球键合:用于Au(金)和Cu(铜)丝的键合。采用超声波能量,键合时要提供外加热源。
不同键合方法采用的键合材料也有所不同:
热压键合和金丝球键合主要选用金(Au)丝,超声键合则主要采用铝(Al)丝和Si-Al丝(Al-Mg-Si、Al-Cu等)
键合金丝是指纯度约为99.99%,线径为l8~50μm的高纯金合金丝,为了增加机械强度,金丝中往往加入铍(Be)或铜。
键合技术(WB)作用机理:提供能量破坏被焊表面的氧化层和污染物,使焊区金属产生塑性变形,使得引线与被焊面紧密接触,达到原子间引力范围并导致界面间原子扩散而形成焊合点。引线键合接点形状主要有楔形和球形,两键合接点形状可以相同或不同。
下面是引线接点的电镜图片(根据网图制作):
鼠标光学传感器芯片的引线键合点采用了球形与楔形两种方式。
下面是A2700的金丝引线的球形键合点图片,接触点质量很好:
下面是另一只芯片的金丝引线的球形键合点图片,接触点质量很好:
下面是A2700的金丝引线的楔形键合点图片,接触点质量很好:
下面是另一只芯片的楔形键合点图片,细看,键合温度过高,引出金属片都变色了,接触点质量不好,寿命不长:
结束语:通过显微观看,发现一个小小的鼠标竟有这么高的技术含量,感叹科技改变世界啊!另外,仅仅从从芯片引线的键合工艺就看出厂家不同,质量不同。记得一位航天工程师朋友讲,一枚航天级486CPU芯片要5000美元。可见买仪器要注重看性价比,不能只看价格最低;有些关键仪器的采购要做好功课,才能下手。