Технология поверхностного монтажа.

⇐ ПредыдущаяСтр 20 из 27Следующая ⇒

Современный этап развития ЭА характеризуется все более широким применением новейшей элементной базы – поверхностно – монтируемых элементов: безвыводных «чипо-вых» резисторов и конденсаторов, миниатюрных корпусов БИС, пластмассовых и керамических кристаллоносителей и др., что позволяет отказаться от плат с металлизированными отверстиями, упростить установку элементов, повысить надежность электронных блоков. Технология поверхностного монтажа (SMT) получила официальное признание в 1985 г. и имеет следующие преимущества:

конструктивны е:

– повышение плотности компоновки элементов в 4- 6 раз;

– снижение массогабаритных показателей в 3-5 раз;

– повышение быстродействия и помехозащищенности элементов за счет
отсутствия выводов;

– повышение виброустойчивости и вибропрочности блоков в 2 раза;

– повышение надежности блоков за счет уменьшения количества метал
лизированных отверстий, являющихся потенциальным источником дефектов;

технологические:

– автоматизация сборки и монтажа элементов и повышение производительности труда в десятки раз;

– исключение операций подготовки выводов и соответствующего оборудования;

– сокращение производственных площадей на 50 %;

– уменьшение затрат на материалы.

Недостатки:

– ограниченная номенклатура поверхностно-монтируемых элементов;

– высокая стоимость;

– затрудненность отвода тепла;

– сложность контроля и ремонта.

При поверхностном монтаже применяют следующие виды корпусов:

– простые корпуса для пассивных компонентов: прямоугольной формы, например резисторов и конденсаторов;

– типа MELF (Metal Electrode Face Bonded) с вмонтированными электродами в виде металлизированных торцов;

– сложные корпуса для многовыводных полупроводниковых приборов:

– малогабаритный транзисторный (Small Outline Transistor – SOT);

– малогабаритный (Small Outline – SO) для интегральных схем;

– увеличенный малогабаритный (Small Outline Large – SOL) для интегральных схем;

– пластмассовые кристаллоносители с выводами (Plastic Leaded Chip Carrier - PLCC);

– безвыводные керамические кристаллоносители (Leadless Ceramic Chip Carrier – LCCC);

– керамические кристаллоносители с выводами (Leaded Ceramic Chip Carrier - LDCC);

– различные нестандартные корпуса для компонентов неправильной формы, например индуктивностей и переключателей.

Большая часть чип-резисторов изготавливается методами толстопленочной технологии, которая включает отжиг смесей оксидов металлов и керамики (или стекла), нанесенных на керамические подложки с применением, например, шелкографии. Аналогично изготавливаются контактные площадки резисторов. Резисторы нередко покрываются пассивирующим слоем стекла. После лазерной подгонки и покрытия эпоксидным составом подложки разрезаются на отдельные чип-резисторы.

В корпусах типа MELF изготавливают кремниевые диоды, высокочастотные катушки индуктивности с постоянной индуктивностью, танталовые конденсаторы, металлопленочные резисторы и устройства защиты от перенапряжений, но в наибольших объемах производятся постоянные керамические конденсаторы и графитовые пленочные резисторы.

Транзисторный мини-корпус SOT применяется для корпусирования дискретных полупроводниковых приборов: одиночных биполярных и полевых транзисторов, диодов, стабилитронов и др. Корпус ТО-236 применяют для корпусирования кристаллов, имеющих площадь до 19, 35 мм² и рассеиваемую мощность 200 мВт, а второй корпус, ТО-243, рассчитан на кристаллы площадью 38, 7 мм², мощностью до 500 мВт при 25˚ С. Оба корпуса с тремя выводами очень просты по конструкции: у ТО-236 выводы поочередно отходят от каждой из сторон корпуса, в то время как у ТО-243 они расположены по одну сторону корпуса, а центральный вывод – увеличенного размера для лучшего отвода тепла.

Интегральная схема в мини-корпусе SOIC/SOL напоминает уменьшенный вариант традиционного корпуса с двухрядным расположением ленточных выводов (типа DIP). Обычно мини-корпуса поставляются в 8, 14 и 16-выводном исполнении, при этом выводы имеют форму крыла чайки и расположены с шагом 1, 27 мм (рис. 5.14, а). Большим преимуществом этого корпуса являются улучшенные массогабаритные характеристики по сравнению с его аналогом DIP: он на 70 % меньше по объему, на 30 % меньше по высоте, а масса такого корпуса составляет лишь 10 % массы его более крупного аналога. Кроме того, мини-корпус имеет лучшие электрические характеристики, определяющие скорость прохождения сигнала. Для переработки топологии обычной схемы на DIP-корпусах в вариант с использованием SOIC/SOL-корпусов нужно внести лишь небольшие изменения, так как разводка выводов одинакова, но общий размер платы может быть уменьшен.

Рис. 5.14. Типы корпусов микросхем.

Стандартный мини-корпус типа SO (рис. 5.14, б) имеет ширину 3, 81 мм; существует также совершенно аналогичный корпус, называемый увеличенным вариантом – SOL, который имеет ширину 7, 62 мм. Количество выводов у этих корпусов колеблется от 16 до 28.

Пластмассовый кристаллоноситель с выводами (PLCC) размещенными по всем четырем сторонам корпуса, обеспечивает большую плотность соединений и представляет собой почти правильный квадрат с количеством выводов от 18 до 84 (рис.5.14, в). Шаг выводов у PLCC обычно составляет 1, 27 или 0, 635 мм, однако для некоторых сложных СБИС применяется также шаг 0, 508 мм.

Корпус PLCC характеризуется наличием одного ряда выводов по периферии. Варианты конструкции PLCC с числом выводов до 52 имеют, как правило, гибкие J-образные выводы, загибаемые под корпус при монтаже.

Наиболее распространенным типом керамических корпусов для поверхностного монтажа является LCCC – безвыводной керамический кристаллоноситель. Конструктивно LCCC состоит из трех основных элементов: металлизированного керамического основания, металлической крышки и герметизирующего материала, чаще всего специального припоя. В углах корпуса отсутствуют контактные площадки, корпус имеет два ориентирующих ключа: один из них для оптического считывания, другой – в виде угловой фаски. Эти корпуса выбираются для ответственных применений, например в военной технике, аппаратуре связи и аэрокосмической технике, поскольку они могут быть высокогерметичными. Однако LCCC имеют существенные недостатки. Главным из них является рассогласование температурных коэффициентов расширения (ТКР) корпуса и стандартной стекло-эпоксидной платы, которое способствует образованию и развитию дефектов в местах пайки при жестком термоциклировании или высоком уровне рассеиваемой мощности. Кроме того, эти корпуса относительно дороги в производстве.

Керамические кристаллоносители с выводами (LDCC/CCC) позволяют решать проблему согласования ТКР, хотя они дороже, конструктивно более сложны и пригодны лишь для военных и других ответственных применений, где стоимость не является основным критерием выбора компонентов.

Корпус PGA имеет тонкие штыревые выводы, расположенные в матричном порядке (рис.5.14, г).

Бескорпусные элементы, предназначенные для поверхностного монтажа, поставляются на пластиковых лентах, смотанных в катушки, в специальных трубчатых магазинах или россыпью. Для их установки на ПП используются автоматические укладчики. Станок М-2501 содержит магазинный питатель для подачи плат, систему позиционирования, блок поворота платы, вакуумный захват, модуль ультрафиолетового отверждения клея, которым крепится компонент, и магазинный накопитель собранных изделий. Подача компонентов производится по программе с 60 катушек. Для исключения повреждения активных элементов во время транспортирования в диэлектрический материал ленты при формовании вводят углеродный наполнитель, обладающий антистатическим свойством.

Более универсальным является автомат МС-30 фирмы Excellon Micronetics (США). Он может манипулировать с любыми выпускаемыми для поверхностного монтажа компонентами. Компоненты подаются к позициям вакуумного захвата на катушках, в магазинах или россыпью с вибробункера. В автомате предусмотрены три режима работы. В первом вакуумная головка захватывает компонент, прокатывает его по барабану, покрытому паяльной пастой или эпоксидной смолой, и устанавливает на требуемое место на плате. Во втором режиме производится то же самое с двукратным намазыванием, а в третьем – только захват и установка элемента.

В станке модели Microplacer фирмы МТ1 (США) компоненты захватываются приспособлением, в котором программируется давление захвата, и оно определяет габариты компонента, обеспечивая функции контроля размеров. В приспособлении имеется также центрирующий механизм, который делает менее критичными ориентацию и точное размещение компонента в питателе. Система оптического распознавания просматривает в режиме сканирования все собираемые платы, выделяя дефектные.

Автоматические укладчики для поверхностного монтажа компонуются модулями, выполняющими другие функции, и модулями перемещения плат. Наиболее совершенным является оборудование фирмы Universal (США). В нем позиционируют сразу две платы, и пока на одну наносится точно дозированное количество клея, на второй производится установка компонента. Устанавливаемые компоненты подвергаются операционному контролю и при отклонении параметра заменяются исправными.

Монтаж на поверхности может быть выполнен в трех различных вариантах. Первый предусматривает размещение на верхней стороне платы только компонентов, монтируемых в сквозные отверстия, а на нижней – компонентов для поверхностного монтажа. Соединение элементов с платой осуществляется путем пайки волной припоя. Однако обычная волна припоя оказывается неэффективной для монтажа микрокорпусов, так как припой не может подтекать под них и достигнуть экранированных или металлизированных контактных площадок. Применение двойной волны, поступающей из двух резервуаров, позволяет обеспечить полный охват припоем металлизированных участков по всему периметру. Вторичная волна также удаляет избыток припоя с монтажных соединений.

В случае смешанного расположения компонентов на каждой стороне платы (второй вариант) ТП сборки усложняется (рис.5.15). Сначала монтируют компоненты в микрокорпусах оплавлением припоя, а затем волной припоя – остальные. Для оплавления припоя применяют индивидуальный или групповой инструмент (рис.5.16). Он захватывает микрокорпус (а), опускается на плату (б) и расплавляет припой на контактных площадках (в). После этого инструмент поднимается (г).

Рис.5.15.Схема сборки и монтажа ПП при смешанном расположении компонентов

Рис. 5.16.Монтаж микрокорпуса на плату специальным инструментом:

1 - толкатель, 2 - инструмент; 3 - микрокорпус

Толкатель удерживает элемент до тех пор, пока не наступит кристаллизация припоя. В инструменте с высокой точностью поддерживается температура, чтобы исключить перегрев кристалла в микрокорпусе. С помощью инструмента можно проводить также и ремонтные работы.

Третий вариант предусматривает установку элементов только на поверхность ПП различными методами пайки.

ГРУППОВАЯ ПАЙКА БЛОКОВ.

⇐ Предыдущая 15 16 17 18 192021 22 23 24 Следующая ⇒