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拆4個計算器記事本,揭秘90年代晶圓直焊PCB的硬核工藝

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上次撿的好幾個計算器,這次都拆完,放到EEWorld論壇上,大家慢慢看,還是有點東西的,就這玩意,要是放在沒有手機的那個年代,能玩一玩。(原貼鏈接:https://www.eeworld.com.cn/a1mfr1O)


這兩個都是90年代非常經(jīng)典的電子記事本/掌上組織器(Electronic Organizer),當(dāng)時算是一種很流行的“前智能手機”工具,主要給旅行者、學(xué)生或商務(wù)人士使用,功能比普通計算器豐富很多,但遠不如今天的手機。


卡片是夏普計算器原來帶的,英文翻譯過來的意思是: 放下你的憂慮,即使懷疑和沮喪包圍著你,希望和解脫變得黯淡,也要記住,有人告訴你,要把所有的憂慮都交給他。


Casio JD-5000 My Magic Diary(卡西歐 我的魔法日記)

也是90年代(大概1990–1995年左右)的產(chǎn)品,明顯走青少年/兒童/少女路線,充滿卡通和趣味感。

主要功能包括:電話簿 / 生日管理,日程表(Schedule),備忘錄 / 數(shù)據(jù),世界時間,計算器

特別有趣的功能:Fortune Telling(占卜/算命)、Matchmaker(配對/戀愛測試)、Secret(密碼隱藏區(qū)),還有可愛的留言顯示、魔法日記風(fēng)格界面。

整體設(shè)計非常夢幻、粉嫩,鍵盤布局也更像玩具,90年代很多女生會把它當(dāng)“電子日記本”或“秘密筆記本”來玩。

電池是兩顆CR2032的紐扣電池。

這一臺是Sharp EL-6330 Travel Organizer 600(夏普旅行管理器600)


1992年左右推出的型號,定位是旅行者專用電子記事本。

主要功能包括:

電話簿(Telephone Directory)

世界時鐘 + 家鄉(xiāng)時間(World / Home Time)

日程表(Schedule)

備忘錄(Memo)

基本計算器 + 貨幣/單位換算(Calc/Conv)

比較商務(wù)/實用風(fēng),適合大人或經(jīng)常出差的人用。

用兩顆CR2016紐扣電池(一顆主電源、一顆備份)。


夏普的翻蓋上方有世界時間,型號EL-6330 3V電池,0.003W功率,兩個CR2016電池。


卡西歐這邊明顯要比夏普功能多一些。


兩塊計算器的底殼與蓋板。


夏普蓋子好像還有簽名與電話,兩個都打開后殼,兩個電池倉,其中一粒使用貼紙蓋住,就是讓更換一顆電池,另一個是用來存儲數(shù)據(jù),不要兩顆一起取下來,那樣之前存儲的電話,記事本,都會清除。


卡西歐這邊電池旁邊有個開關(guān),打開后才可以取出電池。標(biāo)簽的意思,此電池為存儲器供電。至少每三個月更換一次。更換此電池時,請撕下此貼紙。


這個夏普也是存儲電池,請查看背部說明。


先拆卡西歐吧,打開后殼,居然還有兩顆芯片,而不是牛屎,拆過好多計算器,大部分都是牛屎顆粒。

這臺內(nèi)部結(jié)構(gòu)非常典型90年代初Casio低功耗電子記事本的設(shè)計,整體做工精致但很簡單,適合低成本量產(chǎn)。

上蓋內(nèi)部(藍色的塑料殼內(nèi)側(cè))

喇叭/蜂鳴器(圓形帶銅線的那塊):這是經(jīng)典的壓電蜂鳴器(piezo buzzer),用來發(fā)報警聲、按鍵音、鬧鐘、占卜時的“叮叮”聲或可愛提示音。線很細,直接焊在主板上。

螺絲孔、卡扣位和定位柱:殼體設(shè)計得很緊湊,防止晃動,典型的翻蓋式掌上設(shè)備結(jié)構(gòu)。

LCD柔性排線連接區(qū)(金色):這是連接主板和液晶屏的FPC排線(柔性電路板),很常見,容易因折疊老化而接觸不良。


蜂鳴器是那種很老的壓電蜂鳴器。電池上的那個開關(guān),也是有觸點,可能是打開這個電池,就自動切換另一個電池供電了。


黑色這塊,很像是散熱,有點像石墨烯散熱那種。


我去,長見識了,果然散熱片下面才是真正的處理器。這是裸芯片封裝(Chip-on-Board, COB) 或 glob-top封裝(也叫環(huán)氧樹脂滴膠封裝),90年代初Casio很多低成本電子記事本、計算器、PDA都用這種方式:

芯片die(硅片核心)直接焊在PCB上。

用黑色環(huán)氧樹脂(epoxy resin)滴膠覆蓋保護die,防止氧化、灰塵、靜電和機械損傷。

外面不包傳統(tǒng)塑料外殼(像現(xiàn)代IC的黑方塊),而是直接“滴”一層黑膠,這個方方正正、表面有點反光/藍紫色虹彩的黑色塊。

四周的細密“柵欄”其實是引線框架(lead frame) 或 bonding pads 的外露部分,連接到PCB走線。


左邊大芯片:Toshiba TC531000 系列 Mask ROM(掩膜只讀存儲器)

完整標(biāo)記:TC531000BA 或類似變體(照片顯示 TC531000IA / TC5313100BA 等,但核心是 TC531000 家族)

Toshiba TC531000 / TC531001 是 1Mbit (128K × 8 bit) CMOS Mask ROM,也就是 128KB 的只讀固件存儲器。

這是工廠在芯片制造時就把程序“燒”進去的ROM,不能改寫。Casio 把整個固件(操作系統(tǒng) + 所有功能代碼:電話簿、日程、計算、占卜、Matchmaker、秘密模式、顯示消息等)都放在這里。

封裝:28-pin DIP 或 SOP(照片里是標(biāo)準(zhǔn)28腳塑料封裝)。日期碼/批次:C067(可能是1993年第6周或類似)、9322(1993年第22周生產(chǎn))。

右邊大芯片:Sanyo LC3564 系列 Static RAM(靜態(tài)隨機存儲器)

標(biāo)記:LC3564AM QM 或 LC3564 357-(照片里 LC3564AM 后有 357M-85 或類似)。

Sanyo(現(xiàn)ON Semiconductor部分產(chǎn)品線)LC3564 是 8K × 8 bit = 64Kbit(8KB) 的低功耗SRAM。

訪問時間后綴如 -85 表示85ns。

封裝:也是28-pin DIP/SOP。

作用:用戶數(shù)據(jù)RAM。存放你輸入的電話簿條目、日程、備忘錄、秘密區(qū)內(nèi)容、世界時間設(shè)置等。電池備份(CR2032備份電池)就是保這個RAM不丟數(shù)據(jù)。


再來看這個處理器。


左邊部分,對應(yīng)底部電池位置。是一個開關(guān)。只要更換電池,就會打開這個開關(guān),切換備用電源嗎。我也是這么理解。還有一個復(fù)位按鈕。白色塑料貼紙,作為電池絕緣。


芯片看引腳圖,左右上方的引腳直接連接到屏幕上了。


取下上層板,可以看到芯片是直接焊接在晶圓吧。特別細的引腳。


第一次看到這種鏈接方式,引腳焊接在晶圓上。。。


四方的晶圓,內(nèi)部就看不到連接點了,很細很細的引腳。


這顆芯片應(yīng)該是直接負責(zé)屏幕的顯示。


屏幕反過來,已經(jīng)老化嚴重,但是按鍵磨損很輕,畢竟三十多年前的產(chǎn)品,屏幕老化很正常。


取下按鍵,看到這種觸點,通過按鍵的導(dǎo)電膠來確認按鍵。


屏幕應(yīng)該是沒有背光的,沒看到任何燈光元件,背部那顆芯片直接貼在屏幕的玻璃上,有助于散熱吧。


按鍵的背部是這種硅膠按鍵底部預(yù)先模壓出一個小圓柱/半球狀的黑色導(dǎo)電凸起(直徑通常2–5mm,常見3–3.5mm)。

按下時這個黑粒直接壓在PCB的金色電極(你看到的橢圓/圓形對電極)上,橋接兩個電極 → 電路導(dǎo)通。


再來看另一個,也是有蜂鳴器,背部的海綿已經(jīng)老化的一動就散了。屏幕排線已經(jīng)發(fā)黃。

一個蜂鳴器,后殼中間一塊結(jié)構(gòu),用于按壓時候不會對后殼變形。



這個做工就不去上一個,右邊電池附近的元件感覺像是手工焊接,焊點非常大。


主芯片是 LH5168SHN-T(或?qū)懽?LH5168SHN-T),由 Sharp(夏普) 制造。

它是一顆 CMOS 靜態(tài)隨機存取存儲器(Static RAM,簡稱 SRAM),具體規(guī)格如下:

容量:64Kbit(8K × 8 bit,即 8192 字節(jié))

組織方式:8,192 字 × 8 位

封裝:28 引腳 SOP(Small Outline Package,貼片型),從照片看是 450-mil 寬的 SOP-28


電池左上角的按鍵,復(fù)位按鍵。


牛屎顆粒,旁邊一顆小晶振。


取下來,主板,這個功能也沒有上一個多,不是全鍵盤。只有右上角6個功能按鍵,主要是計算器功能。


這個鍵盤跟上一個不一樣,上一個是圓形,這個像是葉子,中間觸點往外,外面往內(nèi)部交叉。


屏幕上已經(jīng)有很多灰塵,用手碰一下,厚厚一層,上一個密封比這個要好多了。


拆下來的螺絲,還有這個標(biāo)簽。


拆的不過癮,再來兩個,還是他兩家的對比,夏普與卡西歐。

左邊的是 Sharp EL-509L(科學(xué)計算器),右邊的是 Casio FC-100V(金融顧問計算器)。

Sharp EL-509L(左邊那個,深藍色)

類型:科學(xué)計算器(Scientific Calculator),帶 Advanced D.A.L.(Direct Algebraic Logic,直接代數(shù)邏輯),支持輸入類似紙筆的表達式。

年代:大約1990年代中期到后期(約1996年左右中國產(chǎn)版本)。

主要功能:基本科學(xué)運算、三角、指數(shù)、對數(shù)、分數(shù)、統(tǒng)計(1-2變量)、隨機數(shù)、角度轉(zhuǎn)換(度/弧度/梯度)、超函數(shù)(hyp)、常數(shù)π/e等。函數(shù)數(shù)量約150+個。

顯示:2行顯示,上行顯示表達式(約12字符),下行顯示結(jié)果(10位+2位指數(shù))。

電源:通常2顆LR44紐扣電池(部分類似型號用太陽能+電池混合,但這個是純電池)。

Casio FC-100V(右邊那個,銀灰色 Financial Consultant)

類型:專業(yè)金融計算器(Financial Calculator),專為MBA、金融、會計、投資學(xué)生/從業(yè)者設(shè)計。

年代:2000年代中后期推出(FC-100V是經(jīng)典款,后來有FC-100V-2升級版)。

主要功能:時間價值(復(fù)利、年金、現(xiàn)金流NPV/IRR)、債券計算、折舊、成本-銷量-利潤分析、統(tǒng)計(包括回歸)、5變量求解、日期計算等。支持4行全點陣顯示,便于參數(shù)滾動編輯。

顯示:4行點陣LCD(更清晰,參數(shù)顯示友好),10+2位精度。

電源:1顆AAA電池(R03),壽命很長(約1-2年或17000小時)。


兩個計算器的內(nèi)殼(后蓋內(nèi)側(cè))功能表/快速參考表,這是經(jīng)典設(shè)計:Sharp 把常用示例印在內(nèi)蓋上,Casio 則把符號列表和模式恢復(fù)說明印在內(nèi)蓋上,方便用戶快速查閱而不用翻手冊。


先來拆卡西歐,大黑色圓形“穹頂”物體(中央那個黑球/黑帽,照片最顯眼):是 Chip on Board (COB) 封裝的主芯片/ASIC(Application-Specific Integrated Circuit)。Casio 在很多中低端計算器(尤其是金融/科學(xué)系列)用這種黑膠滴封方式把 CPU + ROM + RAM + LCD 驅(qū)動 + 鍵盤掃描 等功能集成到一個裸 die 上,然后用環(huán)氧樹脂滴膠保護。

為什么是圓形穹頂?滴膠固化后自然形成半球形,防潮、防塵、防止逆向工程(看不見 die 標(biāo)記)。

功能:處理所有金融計算(NPV、IRR、年金、攤銷等)、4行點陣顯示驅(qū)動、按鍵輸入、蜂鳴器驅(qū)動等。Casio 自己設(shè)計,不對外公開型號。


LCD 連接部分的內(nèi)部視圖,重點展示了 LCD 與主板之間的連接方式,以及電池倉、主板局部。銀灰色/灰色條紋扁平帶(LCD 下方那條“梳子”狀排線,帶橫紋):這就是經(jīng)典的 Zebra Connector(也叫 Elastomeric Connector、導(dǎo)電橡膠條、斑馬條、硅膠導(dǎo)電條)


T101:晶振(陶瓷諧振器),給芯片提供時鐘信號。通常 4-8 MHz 左右(計算器常見值),讓機器正常運行和計時。

小方塊電容(C1~C11 等):濾波 + 去耦 + 升壓用。AAA 電池 1.5V,要升到 3V+ 驅(qū)動 LCD 和芯片,這些電容幫穩(wěn)壓和濾噪聲。

D1:二極管,防電池接反燒芯片。

KI / KO 焊盤:鍵盤矩陣線(輸入/輸出),連按鍵。

SP+ / SP-:蜂鳴器焊點,按鍵音用。

RESET:復(fù)位點,短接清內(nèi)存。

BT+ / BT-:電池焊點。

P9 / P20 等:電源或測試點。


下面沒芯片、沒大元件,就焊盤 + 走線 + 標(biāo)記。背面基本是用來測電壓、調(diào)試、質(zhì)檢的。


這個最后裝上電池顯示非常完美,成色幾乎99新,可以留下來使用。


最后拆的這個夏普計算器,兩顆LR44電池已經(jīng)有綠色銹跡。后殼一個復(fù)位按鍵。


打開后殼,除了牛屎芯片,簡單的除了一個C1一個R1沒有元件了。


右上角還有一個C2電容,牛屎上半部分供屏幕顯示,下半部分按鍵,這個LR44我昨天去買了兩顆,8毛一顆,回來安裝上以后,屏幕是顯示不全的,應(yīng)該是屏幕連接的排線有問題,所以顯示不全,畢竟已經(jīng)是30多年前的計算器,留著沒啥用,直接丟了,卡西歐計算器是屏幕完好的,留著使用,其他的都已經(jīng)丟了。

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