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热设计与生产规范

热设计建议

工作温度环境

模组的工作温度环境参数如表1所示。

须知： 超过扩展工作环境参数数值，可能导致模组内芯片物理损伤。

  • TN温度范围表示当模块在此温度范围工作时，模块的相关性能满足3GPP标准要求。
  • TE温度范围表示当模块在此温度范围工作时，模块仍能保持各功能正常工作状态。

表 1 极限工作环境参数

参数

符号

最小值

最大值

单位

正常工作温度

TN

-30

75

℃

扩展工作温度

TE

-40

85

℃

焊接温度

TP

-

260

℃

电路热设计参考

结合产品结构和热设计，器件布局建议如下：

  • 单板上大功耗且易产生热量器件要均匀分布，避免局部过热，影响器件可靠性和散热效率。
  • 合理设计结构，保证产品内部与外界有热交换途径。
  • 对单板关键发热器件充分进行极端应用场景的温升测试，确保器件在安全的温度范围内长期可靠工作。
  • 必要情况下，关键发热器件可以增加散热片，进一步提升散热效果。

焊接工艺建议

回流焊工艺概述

【目的】Objective

本章提供了客户端在用模组SMT（Surface Mount Technology）时各温区温度基本设置的参数建议。

【适用范围】Scope

HiDiTingV100模组相关产品。

【基本信息】Basic information

提供给客户端的产品均为RoHS产品，即均是Lead-free（无铅）产品；本章主要介绍客户端在使用模组做回流焊时工艺控制：主要是无铅工艺和混合工艺两类。

【回流焊工艺控制】Reflow Chart

定义说明：

模组：给客户的模组均为RoHS产品，均满足无铅要求。

无铅工艺：所有器件（主板/所有IC/电容电阻等）均为无铅器件，并使用无铅锡膏的纯无铅工艺。

无铅回流焊工艺参数要求

  • 无铅回流焊接工艺曲线如图1所示。

    图 1 无铅回流焊接工艺曲线

    无铅回流焊接工艺曲线

  • 无铅回流焊工艺参数如表1所示。

    表 1 无铅回流焊工艺参数

    区域

    时间

    升温速率

    峰值温度

    降温速率

    预热区（40～150℃）

    60s～150s

    ≤2.0℃/s

    -

    -

    均温区（150～200℃）

    60s～120s

    ＜1.0℃/s

    -

    -

    回流区（＞217℃）

    30s～90s

    -

    230℃～260℃

    -

    冷却区（Tmax～180℃）

    -

    -

    -

    1.0℃/s≤Slope≤4.0℃/s

说明：

  • 预热区：温度40℃～150℃，温度上升速率控制在2℃/s左右，该温区时间为60～150 s。
  • 均温区：温度150℃～200℃，稳定缓慢升温，温度上升速率小于1℃/s，且该区域时间控制在60s~120s（注意：该区域一定缓慢受热，否则易导致焊接不良）。
  • 回流区：温度217℃～Tmax～217℃，整个区间时间控制在30s～90s。
  • 冷却区：温度Tmax～180℃，温度下降速率最大不能超过4℃/s。
  • 温度从室温25℃升温到250℃时间不应该超过6分钟。
  • 该回流焊曲线仅为推荐值，客户端需根据实际生产情况做相应调整。
  • 回流时间以60s～90s为目标，对于一些热容较大无法满足时间要求的单板可将回流时间放宽至120s。封装体耐温标准参考IPC/JEDEC J-STD-020D标准，封装体测温方法参考JEP 140标准。

回流焊接工艺曲线测量方法：

JEP140推荐：对于厚度较小的器件，测量封装体温度时，直接将热电偶贴放在器件表面，对于厚度较大的器件，在器件表面钻孔埋入热电偶进行测量。由于量化器件厚度的要求，推荐全部采用在封装体表面钻孔埋入热电偶的方式（特别是薄器件，无法钻孔除外），如图2所示。

图 2 封装体测温示意图

封装体测温示意图

说明： 上图仅为测温示意图，并非模组实际照片；仅供参考使用。

混合回流焊工艺参数要求

回流焊接过程中，如果出现器件混装现象，应首先保证无铅器件的正常焊接。具体要求如表1所示。

表 1 混装回流焊工艺参数表

数值要求

有铅BGA

无铅BGA

其他器件

预热区（40℃～150℃）

时间

60s～150s

升温斜率

＜2.5℃/s

均温区（150℃～183℃）

时间

30s～90s

升温斜率

＜1.0℃/s

回流区（＞183℃）

峰值温度

210℃～240℃

220℃～240℃

210℃～245℃

时间

30s～120s

60s～120s

30s～120s

冷却区（Tmax～150℃）

降温斜率

1.0℃/s≤Slope≤4.0℃/s

说明： 以上工艺参数要求均针对焊点温度。单板上焊点最热点和最冷点均需要满足以上规范要求。

曲线调制中，还需要满足单板上元器件的封装体耐温要求。封装体耐温标准按照IPC/JEDEC J-STD-020D标准，封装体测温方法按照JEP 140标准。

存储和包装

存放与使用

【使用范围】

所有HiDiTingV100模组的存放和使用。

【存放环境】

建议产品真空包装存放，-40℃≤存放温度≤150℃。推荐存放在25℃的环境温度下。

【存储期限】（shelf life）

存放环境<30°C/60% RH下，真空包装存放，存储期限（shelf life）不少于12个月。

【车间寿命】（floor life）

在环境条件<30°C/60%下，floor life参照表如表1所示。

表 1 车间寿命（floor life）参照表

潮湿敏感等级

（MSL）

含义（即拆分后放存条件及最长时间）

1

无限制，环境温湿度≦30℃/85% RH（Relative Humidity）

2

1年，30℃/60%RH。

2a

1月，30℃/60%RH。

3

1周，30℃/60%RH。

4

72h，30℃/60%RH。

5

48h，30℃/60%RH。

5a

24h，30℃/60%RH。

6

Time on Label，30℃/60%RH。

【潮敏产品的使用】

  • 产品在≦30℃/60%RH下连续或累计暴露超过2个小时，建议进行重新烘烤后再真空干燥包装。
  • 产品在≦30℃/60%RH下暴露累计没有超过2个小时，可以不用重新烘烤，但要更换新的干燥剂，进行真空干燥包装。
  • 本产品的潮敏参数等级为：3级。
  • 本文没有提到的存储及使用原则，请直接参考JEDEC J-STD-033A。

重新烘烤

【适用产品】

所有HiDiTingV100模组（潮敏产品）

【使用范围】

需要重新烘烤的模组（潮敏产品）

【重新烘烤参考表】

重新烘烤要求如表1所示。

表 1 模组重新烘烤参考表

模组厚度

MSL潮敏等级

烘烤125℃

烘烤90℃/≦5% RH

烘烤40℃/≦5% RH

≤2.0mm

2a

16h

2days

22days

3

17h

2days

23days

4

20h

3days

28days

5

25h

4days

35days

5a

40h

6days

56days

≤4.5mm

2a

48h

7days

67days

3

48h

8days

67days

4

48h

10days

67days

5

48h

10days

67days

5a

48h

10days

67days

对于HiDiTingV100芯片默认卷带包装，厚度1.02mm的建议烘烤条件为：

  • tray包装类为温度125±5℃，相对湿度不大于60%，烘烤7小时；或者温度90±5℃，相对湿度不大于5%，烘烤23小时。
  • 料带包装类（不耐高温，烘烤前注意包装耐高温度）为温度40℃，相对湿度不大于5%，烘烤216小时。

说明： 表1中显示的均是受潮后，必须的最小烘烤时间。重新烘烤优先选择低温烘烤。详细情况请参考JEDEC。

包装规格

载带包装的尺寸图标如下。

图 1 载带尺寸图

载带尺寸图

图 2 胶盘尺寸图

胶盘尺寸图

图 3 胶盘实物样品图

胶盘实物样品图

关键器件规格

本文提到的关键器件是指器件参数会直接影响产品的关键性能、系统可靠性等关键指标，客户要遵循下面的器件选型建议。

Nor Flash

Nor Flash规格

单芯片SPI Nor Flash基本要求：

  • 支持单线SPI及4线QSPI接口。
  • 主芯片Nor Flash接口最高工作速率100MHz。
  • 根据实际应用规模进行容量选型：≥128Mbit。
  • 工作电压：1.8V（1.7V～1.95V）。
  • 支持4KB sector/32KB block/64KB block/chip ERASE。

Nor Flash测试指导

建议针对Nor Flash器件做如下测试：

  • 单块写、读：成功读出并跟写入的数据相同。
  • 多块写、读：成功读出并跟写入的数据相同。
  • 擦除：可成功擦除访问地址的数据。
  • 测试最大100MHz速率下，可正常读写。
  • 可靠性测试：低温-40℃/高温85℃环境下，循环读写操作＞24h，检测写入数据正确性。

Nand Flash

Nand Flash规格

单芯片SPI Nand Flash基本要求：

  • 支持单线SPI及4线QSPI接口。
  • 主芯片Nand Flash接口最高工作速率67MHz。
  • 根据实际应用规模进行容量选型：推荐1Gbit。
  • 工作电压：1.8V（1.7V～1.95V）。
  • IO驱动可调：优选IO的Driver strength有多档位可调。
  • Flash ID唯一。

Nand Flash测试指导

建议针对Nand Flash器件做如下测试：

  • 单块写、读：成功读出并跟写入的数据相同。
  • 多块写、读：成功读出并跟写入的数据相同。
  • 擦除：可成功擦除访问地址的数据。
  • 测试最大67MHz速率下，可正常读写。
  • 可靠性测试：低温-40℃/高温85℃环境下，循环读写操作＞24h，检测写入数据正确性。

硬件设计Checklist

用户进行原理图、PCB设计时，需要按照如下checklist进行自检。

表 1 HiDiTingV100原理图设计checklist

序号

模块

描述

必要性

自检结果

1

PMU

IOLDO2外部仅可用作AUX_ADC采样上拉电阻电源，不要直接给外设供电。

必须

   

2

PMU

IOLDO6仅限于给Nor Flash供电以及作为其上拉电源域使用。

必须

   

3

上电复位

PWR_KEY管脚芯片内部有上拉电阻，按键低电平开机。不使用时悬空。

必须

   

4

上电复位

VBUS_SENSE管脚电压上限1.8V，当使用VBUS开机时需要外接分压电阻。

管脚不使用时，外接下拉电阻到地，不允许悬空。

建议

   

5

上电复位

CAT1默认上电启动，如需控制其上下电，请预留GPIO控制CAT1_VBAT通断。

建议

   

6

RF

RFIO通道建议预留pi型匹配。

建议

   

7

接口

外接显示屏使用QSPI2、Nand Flash使用QSPI1、Nor Flash使用QSPI0。

建议

   

8

接口

S_AGPIO17/S_AGPIO18为空片烧录管脚，板级预留测试点用于产线烧录。模组默认USB烧录。

必须

   

9

接口

模组内芯片不支持防倒灌，不支持使用1.8V IO倒灌方式驱动LED。

必须

   

10

接口

所有对外接口建议全部预留ESD防护管。

建议

   

11

音频

支持1路模拟MIC输入，AMIC器件与模组端须加隔直电容，隔直电容必须选用2.2μF及以上电容。

必须

   

12

音频

芯片HS为差分输出，芯片输出端通过RC滤波后，再给到模拟PA。

必须

   

表 2 HiDiTingV100 PCB设计checklist

序号

模块

描述

必要性

自检结果

1

RF

芯片到pi型匹配的射频表层走线尽量短；建议内层走线。射频前端走线阻抗控制50Ω。

建议

   

2

RF

RFIO的layout阻抗配置要求：VSWR＝1.5，Phase＝-90°～-80°。

必须

   

3

模拟

ADC模拟信号立体包地保护。

建议

   

4

CODEC

AMIC差分输入信号按照差分紧耦合走线，四面包地。

建议

   

5

CODEC

HSP/N到负载端的电阻控制在0.05Ω以下，走线宽度不小于6mil。按照差分紧耦合走线，四面包地（非射频地）。

建议

   

6

接口

高速IO、USB等接口避免stub走线。

建议