一种混合集成微型四位八段数码led显示器的制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种混合集成微型四位八段数码LED显示器，包括设置在基板上的数码显示电路和控制译码驱动电路，单片机控制段码控制信号与位码控制信号相互配合，以动态扫描的方式实现对4位8段LED的显示控制；基板采用厚膜成膜工艺或LTCC成膜工艺加工而成；采用粘片、键合工艺将数码显示电路中的数码管组装成“8”字形；采用SMT工艺将所有的元器件安装固定到基板上；带有可视窗口的注塑外壳盖合在基板上形成封装数码显示电路和控制译码驱动电路的半封闭空间，灌封硅胶形成外壳封装。控制电路与显示电路集成一体，外引线数量减少，显示器使用方便；减小了集成面积，使显示器体积小，重量轻；尺寸灵活可调。
【专利说明】—种混合集成微型四位八段数码LED显示器
[0001]
【技术领域】
[0002]本发明涉及一种混合集成微型数码LED显示器，属于集成电路【技术领域】。
【背景技术】
[0003]LED显示器技术广泛用作各种远程控制系统的瞄准境中，能在白光、微光、红外等广域光线环境下自动显示出目标的准确位置(点)、图形、符号、数码等。
[0004]目前，市面已有的微型四位八段数码显示器，是采用印刷线路板(PCB板)集成，其内部电路不含有LED显示控制电路，单纯由4只微型LED数码半导体裸芯片组合而成。它的主要缺点是:
1)必须配合外部控制电路才能实现显示功能，使用不方便；
2)数码管的八个段码控制线必须全部引出，显示器外引线多；
3)数码半导体芯片货源单一，其尺寸、波长、光强范围窄；
4)PCB板耐使用温度范围窄，不能满足高端产品使用要求。
【发明内容】
[0005]本发明所要解决的技术问题是提供一种混合集成微型四位八段数码LED显示器，显示方便，体积小，重量轻。
[0006]为解决上述技术问题，本发明提供一种混合集成微型四位八段数码LED显示器，其特征是，
包括设置在基板上的数码显示电路和控制译码驱动电路，其中，数码显示电路包括:4只共阴极八段LED数码管、用于显示数码字符间的小数点的3只LED单管；控制译码驱动电路包括:单片机和一由所述单片机控制的具有4位输入、16位输出的译码驱动器；
单片机控制译码驱动器的其中8位输出作为数码显示电路中的段码控制信号，单片机其中4位I/O端口输出作为数码显示电路中的位码控制信号，段码控制信号与位码控制信号相互配合，以动态扫描的方式实现对4位8段LED的显不控制；
基板采用厚膜成膜工艺或LTCC成膜工艺加工而成；
采用粘片、键合工艺将数码显示电路中的数码管组装成“8”字形；
采用SMT工艺将所有的元器件安装固定到基板上；
带有可视窗口的注塑外壳盖合在基板上形成封装数码显示电路和控制译码驱动电路的半封闭空间，灌封硅胶形成外壳封装。
[0007]数码显示电路中还包括2个用作指示灯的LED单管，由译码驱动器的2位输出直接控制。
[0008]所述单片机与计算机或MCU通过RS232通信。
[0009]注塑外壳的可视窗口上由透明粘接胶粘接有透明的玻璃盖板。
[0010]采用直插式排针穿过基板上的安装孔与基板正面上的相应焊盘焊接，作为外引线。
[0011]用硅胶注入基板背面与注塑壳盖形成的半封闭空间中，注入胶量与注塑外壳背面平齐，注胶后静置固化。
[0012]本发明所达到的有益效果:
1)控制电路与显示电路集成一体，外引线数量由15根减少至7根，显示器使用方便；
2)选用4-16译码器具有译码和驱动功能，减小了集成面积，使显示器体积小，重量轻；
3)选用单管LED管芯拼接“8”数码字符，尺寸灵活可调，且单管LED发光亮度、波长等种类多，货源充足，价格低廉，可满足不同使用环境要求。
【专利附图】
【附图说明】
[0013]图1电原理框图；
图2a封装结构剖视图；
图2b封装结构俯视图；
图2c封装结构仰视图；
图2d封装结构左视图；
图3a基板不意图；
图3b图3a中的基板右视图；
图4a窗口玻璃示意图；
图4b图4a中的窗口玻璃右视图；
图5a注塑外壳剖视图；
图5b注塑外壳主视图；
图5c注塑外壳左视图；
图6a直插排针示意图；
图6b图6a的仰视图。
【具体实施方式】
[0014]下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
[0015]I “一种混合集成微型四位八段数码LED显示器”特点 1.1技术方案
1.1.1电原理结构(图1)
I)电路结构:四位八段数码LED显示器电路由数码显示和控制译码驱动两部分组成。其中，数码显示电路包括:4只共阴极八段LED数码管、3只LED单管(数码字符间小数点)、2个LED单管(指示灯)组成；控制译码驱动电路包括:1只4-16 (4位输入，16位输出)译码驱动器电路、一只单片机(型号C8051F330)。虚框内部为显示器电路结构。
[0016]2)工作原理:通过单片机的I/O端口控制4-16译码驱动器的输出，其中的8位输出作为4位8段LED显示的段码控制，单片机的另外4位I/O端口输出作为4位8段LED显示的位码控制，段码控制与位码控制相互配合，以动态扫描的方式实现对4位8段LED的显示控制。2只LED管指示灯由4-16译码器的2位输出直接控制，同时该电路具有LED亮度调节功能，可与计算机或MCU通过RS232通信功能，程序下载、调试、在线升级。
[0017]3)外引线:a) VDD和GND:分别接3.3V电源和地；b) C2CK和C2D:用于C2下载，同时C2D在非下载时可复用；c)RX和TX:可实现与计算机或MCU通过RS232通信；d)ADJ:通过外接电位器可实现亮度调节。
[0018]1.1.2加工工艺
1)基板加工工艺:采用厚膜成膜工艺或低温陶瓷共烧(LTCC)成膜工艺加工电路基板；
2)半导体裸芯片组装工艺:采用粘片、键合工艺组装“8”字形数码管和其它半导体裸
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心片；
3)封装器件组装工艺:采用SMT(SurfaceMounted Technology)工艺，即:通过“焊膏印刷一元器件贴装一再流焊”等工艺过程将电路元器件安装固定到基板上。
[0019]1.1.3封装结构(图2a、图2b、图2c、图2d)
I)外引线:采用直插式排针引线作为显示器的外引线，见图6a、图6b。
[0020]2)外壳:米用黑色注塑外壳I,见图5a、图5b、图5c。外壳I上开有可视窗口，窗口镶嵌透明有机玻璃片4，见图4a、图4b ；
3)显示器背面基板2与外壳I形成半封闭空间，灌封黑色硅胶5。
[0021]1.1.4封装工艺
1)外引线组装:将排针3从基板2正面21直插入安装孔，从基板正面用铬铁将引线针与基板相应焊盘焊接。
[0022]2)外壳封装:选用透明粘接胶6将窗口玻璃片4与注塑外壳I粘接到一起，固化完成后，再用绝缘封盖胶将壳与基板2按结构图所示方向装配并加压固化。
[0023]3)外壳封装完成后，封装电路背面朝上水平放置，用黑色硅胶5注入基板2背面22与注塑外壳I形成的半腔内，注入胶量与壳盖背面平齐，静置固化。
[0024]2关键材料选用及关键工艺参数控制 2.1电路器件选用
O单片机:选用C8051f330型或相当性能和功能的单片机，微型封装裸芯片；
2)4-16译码器:选择内含驱动能的4-16译码器，具有4位输入，16位输出，微型封装或裸芯片段；
3)LED单管管芯(用于拼接“8”数码字符、小数点和指示灯)
a)波长:红、绿、黄可选；
b)发光强度(流明强度):彡20mcd；
c)单管尺寸(mm)0.2X0.2X0.2 ；
d)电极要求:上为P极,衬底为N极。
[0025]4) “8”字符拼接
采用“《LED管芯组合数码管》技术”形成的八段数码管(该技术专利申请号:200910185217.3)。
[0026]2.2工艺原材料
2.2.1基板(图3a、图3b)
选用96%A1203陶瓷基板(厚度在dl=0.7mm?1.0mm)或者Dupont_951PT型生瓷(或其它相当性能LTCC生瓷，8层?10层)形成LTCC基板。
[0027]2.2.2导体浆料
a)键合导体:DUP0NT-5771 (或相当性能型号)后烧Au导体浆料或者DUPONT-5742 (或相当性能型号)共烧Au导体浆料；烧结膜厚度:8 μ m?10 μ m。
[0028]b)焊接导体:DUP0NT_6177 (或相当性能型号)后烧PdAg导体浆料或者DUP0NT-6146 (或相当性能型号)共烧PdAg导体浆料；烧结膜厚度:20 μ m?30 μ m。
[0029]c) LTCC内层导体:DUP0NT_6142D (或相当性能型号)共烧Ag导体浆料；烧结膜厚度:8 μ m ?12 μ m0
[0030]d) LTCC填孔浆料:内层填孔浆料:DUP0NT_6141Ag (或相当性能型号)共烧Ag导体浆料；表层填孔浆料:DUP0NT-6138PdAg (或相当性能型号)共烧Ag导体浆料。
[0031]2.2.3键合金丝
金丝丝径，φ18μπι?Φ25μπι，含金量，99.99%Au。
[0032]2.2.4焊接材料
器件再流焊或手工焊接，采用焊料成份为62Sn36Pb2Ag焊膏或焊锡丝。
[0033]2.2.5 粘接胶
a)元器件粘接胶:采用H20E或相当性能导电粘接胶。固化温度150°C环境固化，耐温范围:-40 O?400 O ；
b)窗口粘接胶:选用有机硅酮透明玻璃绝缘胶。固化温度:常温固化，耐温范围:-4(TC?20(TC ；
c)封盖粘接胶:选用上海康达WD2104型(或查当性能)丙稀酸酯类绝缘粘接。固化温度60°C环境固化，耐温范围:-40°C?200°C ；
d)灌封胶:选用312或相当性能的黑色灌封胶，常温固化，耐温范围:-40°C?200°C。
[0034]2.3结构零件
2.3.1窗口玻璃(图4a、图4b，图中虚线为尺寸定位线)
1)材料:PMMA透明玻璃，透光率:^92% ；
2)尺寸(mm):d2=0.5 ?1.0。
[0035]2.3.2注塑外壳(图5a、图5b、图5c，图中虚线为尺寸定位线)
1)材料:聚苯硫醚(PPS)或相当性能的黑色注塑材料，耐温范围:-40°C?200°C；
2)尺寸(mm):
a)d3=0.5 ?1.0 ;
b)d4=l.0 ?1.5 ;
c)d5=l.5 ?2.5 ;
d)d6=0.5 ?1.0。
[0036]2.3.3直插排针(附图6a、图6b)
I)材料:
a)引线针:牌号C19400铜(Cu)，表面镀金(Au)；
b)塑料卡:聚苯硫醚(PPS)或相当性能塑料。
[0037]2)尺寸(mm) a) hl=5.0 ?8.0
b) e=l.27/1.778/2.54。
[0038]以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本【技术领域】的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。
【权利要求】
1.一种混合集成微型四位八段数码LED显示器，其特征是， 包括设置在基板上的数码显示电路和控制译码驱动电路，其中，数码显示电路包括:4只共阴极八段LED数码管、用于显示数码字符间的小数点的3只LED单管；控制译码驱动电路包括:单片机和一由所述单片机控制的具有4位输入、16位输出的译码驱动器； 单片机控制译码驱动器的其中8位输出作为数码显示电路中的段码控制信号，单片机其中4位I/O端口输出作为数码显示电路中的位码控制信号，段码控制信号与位码控制信号相互配合，以动态扫描的方式实现对4位8段LED的显不控制； 基板采用厚膜成膜工艺或LTCC成膜工艺加工而成； 采用粘片、键合工艺将数码显示电路中的数码管组装成“8”字形； 采用SMT工艺将所有的元器件安装固定到基板上； 带有可视窗口的注塑外壳盖合在基板上形成封装数码显示电路和控制译码驱动电路的半封闭空间，灌封硅胶形成外壳封装。
2.根据权利要求1所述的混合集成微型四位八段数码LED显示器，其特征是，数码显示电路中还包括2个用作指示灯的LED单管，由译码驱动器的2位输出直接控制。
3.根据权利要求1所述的混合集成微型四位八段数码LED显示器，其特征是，所述单片机与计算机或MCU通过RS232通信。
4.根据权利要求1所述的混合集成微型四位八段数码LED显示器，其特征是，注塑外壳的可视窗口上由透明粘接胶粘接有透明的玻璃盖板。
5.根据权利要求1所述的混合集成微型四位八段数码LED显示器，其特征是，采用直插式排针穿过基板上的安装孔与基板正面上的相应焊盘焊接，作为外引线。
6.根据权利要求5所述的混合集成微型四位八段数码LED显示器，其特征是，用硅胶注入基板背面与注塑壳盖形成的半封闭空间中，注入胶量与注塑外壳背面平齐，注胶后静置固化。
【文档编号】G09F9/33GK104392673SQ201410625205
【公开日】2015年3月4日 申请日期:2014年11月7日 优先权日:2014年11月7日
【发明者】周冬莲, 薛峻, 徐姗姗, 方澍 申请人:中国兵器工业集团第二一四研究所苏州研发中心