手机摄像头模组生产工艺的SMT流程及SMT应用分析修订稿

手机摄像头模组生产工艺的S M T流程及S M T

应用分析

公司标准化编码 [QQX96QT-XQQB89Q8-NQQJ6Q8-MQM9N]

手机摄像头模组生产工艺的SMT流程及SMT应用分析

摘要

随着通信技术的不断扩延，手机已成为人们生活、工作、学习、娱乐不可或缺的工具。而手机摄像头模组是手机中非常重要的组件之一，其品质的好坏直接影响手机整体品质的高低。因此在手机摄像头模组生产的过程中每一步都是要严格把关的，不能有丝毫的懈怠。在手机摄像头模组中，FPC软电路板是决定手机照相生成图片的关键组件之一，因此它的生产工艺及质量好坏显得尤为重要。

基于此，首先简单介绍了手机摄像头模组原理以及SMT技术在手机摄像头模组生产工艺中的应用,着重阐述了手机摄像头模组FPC软电路板的改良设计和SMT生产工艺流程及产品质量分析。根据手机摄像头模组FPC软电路板的具体要求，合理进行SMT技术指标优化，分析研究了手机摄像头模组再流焊SMT焊接温度分布曲线。针对FPC软电路板产品设置了AIO（automatic optical inspection）检测及ICT在线测试方法。

关键字：手机摄像头模组 SMT AIO检测 ICT在线测试

Mobile phone camera module production technology of SMT processes and SMT application

ABSTRACT

Summary as communication technologies continues expansion, mobile phone has become the people's life, work, learn, play an indispensable tool. Mobile phone camera module is one of the very important components in the mobile phone, its quality directly affect the overall level of quality phones. In the mobile phone camera module production at every step in the process is to strictly, there can be no slack. Mobile phone camera module in the FPC flexible

circuit board is to determine the key components of the camera phone picture, therefore its production process and the quality is particularly important. Based on this, the first simply introduced the mobile phone camera module principle and SMT technology and its application in mobile phone camera module production, focusing on mobile phone camera module is described FPC flexible circuit board design and analysis of SMT production process and product quality. According to mobile phone camera module FPC flexible circuit board requirements, reasonable SMT technical specifications, analysis of mobile phone camera module for reflow SMT soldering temperature distribution flexible circuit board set AIO products (automatic optical inspection) test online test methods and ICT.

Keyword: mobile phone camera module;SMT;AIO ICT;on-line test

目录

第一章引言

手机摄像头模组简介

原理

手机摄像头模组结构如图1-1所示：

图1-1 手机摄像头模组的基本组成手机摄像头模组主要由镜头（lens），传感器（sensor），图像处理芯片（Backend IC），软电路板（FPC）四个部分组成。其工作原理为：通过镜头拍摄景物，光学图像生成后投射到传感器上，再把光学图像被转换成电信号，模拟电信号经过模数转换变为数字信号，经过DSP加工处理，送到手机处理器中进行处理后转换成手机屏幕上能够看到的图像[1]。

DSP芯片

DSP即数字信号处理集成电路，它的功能是通过数学算法运算，对数字图像信号进行优化处理，经过处理后的信号传到显示设备上。目前DSP设计和生产技术相对来说比较成熟，各项技术参数差别不大。手机摄像头模组的芯片主要有CCD与CMOS两种类型，手机摄像头模组的芯片如图1-2，性能比较见表1-

1。根据CCD与CMOS两类芯片性能比较，CMOS芯片具有制造工艺相对简单、成品合格率高，制造成本低、耗电量低、处理速度快等优点，故本文手机摄像头模组软板（FPC）采用CMOS芯片。

CCD CMOS

工作原理电荷信号先传送，后放

大，再A/D

电荷信号先放大，后

A/D，再传送成像质量灵敏度高、分辨率好、

噪音小

灵敏度低、噪声明显

制造工艺复杂相对简单、成品合格率

高

制造成本高低

耗电量高低

处理速度慢快

连接方式

手机摄像头模组的常见连接方式有连接器连接、金手指连接和插座连接三种方式，本文中手机摄像头模组采用金手指连接方式，其与手机的配合合适，弯折程度好，可靠性高，连接方式如图1-3所示。

图1-2 手机摄像头模组的芯片种类

表1-1 CCD与CMOS区别

图1-3 手机摄像头模组的常见连接方式

PCB板

PCB板通常分为硬板、软板、软硬结合板三种类型，这里指的是手机摄像头模组中用到的印刷电路板，这三种材料应用范围各不相同。CMOS可以使用硬板、软板、软硬结合板任何一种。软硬结合板的造价成本最高，而CCD只能使用软硬结合板。所以本文手机摄像头模组采用FPC软电路板，如图1-4所示。

图1-4 PCB板分类

SMT技术在手机摄像头模组生产工艺中的应用

FPC软电路板（PCB）的功能

FPC软电路板在手机摄像头模组中具有如下功能：提供电子元器件的固定及装配的机械支撑作用，实现电子元器件之间的布线并且对电气有着连接或电绝缘效果，提供所要求的电气特性。为自动焊接提供阻焊图，为集成电路及元器件插装、检查、维修提供识别图形和字符。手机摄像头模组采用PCB后，由于同类PCB板的一致性，避免了人工接线的差错，而且可以实现集成电路和电子元器件自动插装、自动贴装、自动焊锡及自动检测，使得电子产品的质量和劳动生产率得到了提高，同时成本降低，维修方便。

SMT技术应用

目前，手机摄像头模组具有体积小、重量轻、集成度高、可靠性高的特点，电子产品的主要形式是基板的板级电子电路产品，因此，现代电子产品制造技术的重要体现是板级电子电路产品制造技术水平的高低[2]。手机摄像头模组属于芯片级一级封装。首先将硅片(芯片)贴装在基片上，然后焊接到基板上构成完整的元件。SMT产品制造系统的核心技术是SMT表面装配技术，以SMT 产品为制造对象的系统[3]，表面组装设备组成的生产线是SMT的基本组成形式，表面组装设备由自动传输线进行连接，由配置计算机作为控制系统，控制PCB的自动传输，通过组装设备进行流水组装作业。

第二章手机摄像头模组改良设计

FPC/PCB布局设计

对于电子产品来说，其设计的合理性与产品生产及产品质量紧密相关，手机摄像头模组FPC印制导线的布设应尽可能的短，贴片与邦线之间的走线距离要大于，避免SMT贴片的时候锡膏回流到邦线PAD上去。如图2-1所示:

图2-1 PAD布局

邦线PAD内边缘距离芯片与之间,邦线PAD外边缘距离Holder在以上，电容距离芯片和Holder内壁必须保证在以上，电容要靠近芯片滤波PAD[4]。

金手指连接的FPC需要把整个金手指开窗出来，对于双面金手指，顶层和底层一定要错开开窗，错开的距离保证在以上。如图2-2所示：

图2-2 金手指连接FPC

FPC银箔接地的开窗形状为椭圆形，且双面开窗的位置一定要错开，不允许有重合部分，错开距离保证在以上。如图2-3所示：

图2-3 FPC的开窗图

FPC/PCB线路设计

为了能够让摄像头模组能够正常地工作，导线宽度应以能满足电气性能要求为准。便于生产为宜并且能够有效地预防EMC，EMI等问题，可以采取磁珠，

电感，共模线圈进行隔离；加电容进行滤波，并四处铺铜，采用屏蔽地线、屏蔽平面来切断电磁的传导和辐射途径。以下是模组线路设计时的要求和规范：（1）网络距离外框的边缘距离大于，即要大于外框公差+。

（2）一般信号线推荐线宽，最小线宽；电源线和地线推荐线宽，最小线宽。（3）避免走环形线，且线路上不允许有直角出现。如图2-4所示：

（4）线路空白区域打过孔铺通，起屏蔽，散热作用，同时增加DGND网络之间连接性。对于FPC，如果受控的项目图纸中有弯折要求，在FPC的弯折区域内，用地线代替铺铜，避免大范围的铺铜造成FPC弯折不良。

图2-4 FPC/PCB线路

（5）AGND按照信号线来走，附近尽量不要有DATA线。

（6）MCLK要包地，走线距离尽量短，尽量避免过孔。PCLK不要和高速数据位走一起，尽可能包地，有DGND在旁，D0和PCLK靠近DGND。

（7）复位的RESET和STANDBY要远离MCLK，靠近DGND，在边缘附近用地屏蔽。（8）不允许在Socket底面PAD上打过孔，如果无法避免，应该把孔打在

PAD的边缘，远离连接点位置以上，且必须要求用金属填满，保证整个接触PAD 的表面都是导通的。

（9）MIPI差分阻抗线对需要满足阻抗值100±10ohm的要求，且MIPI走线要等长、等间距并有较大面积的参考地平面。如图2-5所示：

图2-5 PCB总图

FPC/PCB工艺材质

对高频电路而言，PCB的材质相当重要，常用的PCB板有电木板、纸质树脂板、玻璃树脂板等。手机摄像头模组选用玻璃树脂板，最高频率达1GHZ，价格中等，质地坚硬，是目前使用最大的品种。

（1）FPC工艺材质有两种可以选择

COB项目头部ACF压焊：表面处理方式为化金，基材18um无胶压延铜，Au ≥，Ni≥金面平滑光亮；CSP项目头部贴片：表面处理方式为化金，基材可选

(18um无胶压延铜,18um有胶压延铜,13um电解铜)，Au≥，Ni≥金面平滑光亮。

COF工艺：表面处理方式为沉镍钯金，基材可选（13um、18um无胶和有胶压延铜，13um、18um无胶和有胶电解铜），8um≥镍厚≥4um，≥钯厚≥，≥金厚≥。

（2）电磁膜型号：除客户指定型号外，需选用柔韧性较好的PC5600或

PC5900。（3）叠层结构：跟FPC供应商确认的叠层结构，需要满足客户要求的FPC厚度，得到客户确认后，叠层的材质不能私自更改，若要变动材质，需要得到客户的认可。

模组包装设计

（1）根据项目受控的图纸，预先设计托盘，海绵垫，胶纸等。

（2）海绵垫，胶纸必须用在完全OK的模组上进行实测，与项目受控图纸要求进行对比。如果有差别，根据模组的实际情况，重新打样，直到满足要求为止。

（3）托盘必须用最后成型的模组（如按要求在模组上贴海绵垫，胶纸，海绵圈，防尘贴等）进行试装，要求整个模组不能受到挤压；且托盘要有相对的硬度，保证整箱中托盘之间的挤压不影响到内部的模组。

第三章手机摄像头模组FPC软电路板的SMT生产工艺流程

手机摄像头模组的SMT生产工艺流程如下:

来料检测 --> PCB的面丝印焊膏 --> 贴片 --> 烘干（固化） --> 再流焊接 --> 检测 --> 返修

来料检测

在生产过程中，手机摄像头模组FPC软电路板的PCB和电子元器件，在进入生产线之前必须进行品质检验，这个过程称为IQC（进料品管）。首先对FPC软电路板的PCB的进行肉眼的直观检查，然后通过检测仪器对基板检查，主要检查厚度及插件针孔，FPC软电路板的元器件包括电阻、电容的参数检查和断路、短路等。PCB和元器件通过进料品管检验后进入下一道工序。加工前的测试对手机摄像头模组FPC软电路板的整个生产过程提供了首要保证，同时还提高了产品的合格率。

锡膏印刷

在贴片之前，必须利用锡膏印刷机在手机摄像头模组FPC软电路板的针孔和焊接部位刮上焊锡膏。在锡膏印刷机的操作台上，使用监视器进行观察，使用一张钢网对PCB板的针孔和焊接部位进行对位，注意要确保定位准确。然后锡膏印刷机透过钢网的相应位置可以将焊锡膏均匀、无偏差地涂在PCB板上，这样就为元器件的焊接做好了准备工作，最后送上SMT生产线[5]。如图3-1所示：

钢板

刮刀

PCB

图3-1

锡膏印刷机整体外观及内部构造 主要技术指标

手机摄像头模组的PCB 板面积较小，有别于其他大型电路板，精度要求很高，所以在印刷中着重考虑该项指标。

a. 最大印刷面积：根据最大的PCB 尺寸确定为120mm х120mm 。

b. 印刷精度：要求达到±。

c. 印刷速度：根据产量要求确定。

印刷焊膏的原理

焊膏和贴片胶都是具有粘性的触变流体。刮刀移动时具有一定速度和角

度，从而会对焊膏产生一定的压力，这样焊膏就会在刮板前滚动，焊膏就会注入网孔或漏孔，焊膏的粘性摩擦力会导致焊膏在刮板和网板交接的地方产生切变，由于切变力的存在，使得焊膏的粘性下降，焊膏顺利地注入到手机摄像头模组中PCB 板的网孔或漏孔。如图3-2所示：

a 焊膏滚动前进

b 形成压力

c 焊膏注入漏孔

刮刀的推动力F 可分解为

推动焊膏前进分力X 和

刮

模板

PCB

焊膏

将焊膏注入漏孔的压力Y

d焊膏释放（脱模）

图3-2 焊膏印刷原理示意图

锡膏检测

使用3D锡膏检测机对手机摄像头模组的PCB板印刷锡膏厚度进行测试，主要检测锡膏的“高度”“面积”“体积”，当然“高度”检测是最重要的。衡量焊点质量及其可靠性的重要指标之一是锡膏的数量，尤其是手机摄像头模组要求更高，为了减少印刷流程中产生的焊点缺陷，必须100%的采用锡膏检测(SPI)，这样也保证了焊点的可靠性。

贴片

贴片机

通过贴片机完成手机摄像头模组的PCB板（如图3-3）贴片，在贴片之前首先在贴片机前面装上原料盘（如图3-4），在原料盒的原料盘传输纸带装有贴片式元件。通过单片机预先编好的程序来完成操作过程，激光系统进行校正。贴片时贴片机根据事先设好的程序动作，相应的原料盘上的元件由机械手臂的吸嘴吸取，放到PCB板的相应位置，为了保证元件能准确地压放在相应的焊接位置，采用激光对元件进行校正操作[5]。

多个原料盘可以放在同一台高速贴片机上同时进行工作。要求元件大小相差不多，这样机械手臂便于操作。为了提高效率，手机摄像头模组SMT生产线是由两台高速贴片机来完成，贴片机元件吸嘴应根据元件大小不同而相同，一般贴装顺序是先贴装小元件(如“贴片电阻”)，接着再贴装较大的芯片(如“芯片组)。

图3-3 贴片机整体外观

图3-4 贴片机原料盘

贴片机的主要技术指标

结合手机摄像头模组的软电路板的具体性能要求，合理设置贴片机的主要指标[7]：

a. 贴装精度：是指元器件贴装后相对于印制板标准贴装位偏移量，手机摄像头模组的PCB贴装要求精度较高，Chip元件要求达到±，贴装间距的SMD至少要求达到±。

b. 贴片速度：手机摄像头模组的PCB面积较小，贴装速度不宜太快。高速机限制在 Chip元件以下，多功能机设定在 Chip元件左右。

c. 对中方式：为了保证准确度，尽量采用激光对中或激光/视觉混合对中。

d. 贴装功能：指贴装元器件的能力。多功能机贴装最小× mm~最大60×60mm器件。

e. 编程功能：具备在线和离线编程优化功能。

自动贴片机的贴装过程

贴片机对手机摄像头模组PCB板的贴装过程如图3-5所示：