3 (Конспект из 10 лекций, преподаватель Добряков Виктор Александрович), страница 2

Для установки кристаллов бескорпусных ИМС с помощью эвтектического спая (эвтектика - легкоплавящийся, равновесие между жидкой и твердой фазой) используется отечественная установка присоединения кристаллов к подложке

ЭМ-438М (кристалл прижимается к подложке с определенным усилием, частотой вибрации и температурой эвтектического спая):

• производительность 2500 кристаллов/час.

• длительность пайки- 0.1-1сек.

• пределы регулирования температуры рабочей зоны нагревателя 250 - 450 С

Присоединение проволочных выводов к контактным площадкам подложек МСБ осуществляют пайкой, термокомпрессионной (одновременное действие давления и температуры) или ультразвуковой сваркой, в зависимости от материала выводов и контактных площадок.

Установка контактной сварки ЭМ-429 предназначена для прецизионной приварки проволочных выводов из золота, серебра и меди от 0.025 до 0.06 мм к тонким пленкам из алюминия, золота, меди, тантала, никеля.

Принцип работы ЭМ-429 - подведение тепла к месту соединения производится путем подачи импульса тока через проволоку в месте контакта. Пуансон представляет собой два электрода, соединенных изолирующей прокладкой (расщепленный электрод).

Пуансон Бл.пит.

проволочный вывод

кп педаль

Технические характеристики ЭМ-429:

• Размер рабочего поля 55/65 мм

• Длительность сварки 0.05-1.1 сек

• Усилие сжатия свариваемых элементов 20-120 г

• Питание 220В 50Гц

• Производительность 2500 соед/час

• Потребляемая мощность 250 Вт

• Масса 140 кг

Для термокомпрессионной сварки применяют установку ЭМ-439А:

• Производительность 1200 соед/час

• Время приварки 0.1-1 сек

• Мощность установки 600 Вт

• Масса 115 кг

При использовании флюсовой пайки необходима тщательная очистка (отмывка) мест соединений для исключения образования вредных летучих веществ во внутренних полостях герметизированных конструкций.

Процесс сборки МСБ осложняет необходимость предварительной оценки (измерения) параметров навесных компонентов и, прежде всего, ИМС.

С целью автоматизации проволочного микромонтажа используют специальные технологические диэлектрические подложки - "кроватки".

3

4 1 - плата "кроватки"

5 2 - КП

2 3 - проволочный вывод ИМС

4 - кристалл ИМС

5 - клей

1

На них наносится необходимая коммутационная разводка (Cu, Al, Au) и приклеиваются кристаллы ИМС. "Кроватки" вклеиваются в подложку МСБ (уменьшая естественно плотность монтажа) с последующей автоматизированной разваркой проволочных перемычек между КП "кроватки" и подложки МСБ.

Возможности современного технологического оборудования для проволочного микромонтажа характеризует таблица:

методы присоеденения производит. точность мах число относ.

проволочных выводов тыс.соед./ч мкм. выводов стоим.

ручной 0.5-1  2  5 20-24 1

п олуавтоматический с

индивидуальным вводом данных 3 - 5  5 40-48 2

в установку от оператора

п олуавтоматич. с групповым вводом 3 - 5 на одну

данных в установку от оператора. установку  5 60-100 3

а втоматический (с

распознованием технологий) 10-20 10 до 300 5

Микромонтаж на основе жестких организованных выводов.

К группе жестких организованных выводов относят :

• шариковые (столбиковые)

4

3 1 - подложка МСБ

2 2 - КП

1 3 - шариковый вывод

4 - кристалл ИМС

• балочные выводы кристаллов ИМС и балочные выводы гибких полимерных носителей микрокомпонентов

1

1 - кристалл ИМС

3 2 - полимерный носитель

3 - краевая перфорация

4 4 - балочный вывод

2 5 - КП для крепления на носителе

5

Контактные площадки ИМС соединены балочными выводами 4 с контактными площадками полимерного носителя 5. Это позволяет автоматизировать контроль параметров микрокомпонентов.

Жесткие организованные выводы позволяют обеспечить высокопроизводительный автоматизированный монтаж компонентов на подложки МСБ (жесткие и гибкие) с высоким качеством электрических контактов.

Присоединение кристаллов с шариковыми выводами к подложкам

МСБ осуществляется с помощью установки ЭМ-431, с техническими характеристиками :

• Кол-во присоединений 400шт/час

• Погрешность совмещения  0.015мм

• Мощность 300 Вт

• Масса 140 кг

• Сжатие до 150 гс

• Температура 150-450°С

Эта установка использует метод термокомпрессии, т.е. одновременно воздействует дозированными давлением и температурой, приводящими к расплавлению припойных объемных выводов, их растеканию по КП подложки с образованием электрического и механического соединения. Процесс может быть интенсифицирован ультразвуковым воздействием. Присоединение балочных выводов осуществляется традиционными способами микропайки или микросварки. При этом достигается, как правило, необходимая прочность крепления компонента к подложке МСБ.

Достоинства жестких (шариковых и балочных) организованных выводов:

Обеспечивают

• - высокопроизводительный монтаж

• - минимальные потери в площади подложки под установку компонентов

Недостатки:

• - Трудность контроля (измерения) параметров компонентов и качества монтажа,

• - Возможность возникновения сильных механических напряжений в кристалле с объемными выводами после установки на подложку за счет разницы температурного коэффициента линейного расширения (ТКЛР) материалов.

Отмеченные недостатки удается избежать при использовании гибких полимерных (обычно полиамидных) носителей микрокомпонентов .

Варианты установки кристаллов:

На гибком носителе На подложке МСБ или плате ФЯ

"лицом вверх"

1 кристалл

кп

2 полимерный монтажная

носитель плата

" лицом вниз"

после вырубки

кристалла из набора

носителя

Промышленностью выпускаются гибкие ленточные носители шириной от 6 до 70 мм с различной структурой по толщине. Производительность микромонтажа на их основе несколько уступает методу с использованием шариковых и столбиковых выводов, но в 5-7 раз выше обычного проволочного монтажа.

При этом:

• электрические соединения прочнее в 7-10 раз

• в 2-3 раза повышается надежность операций контактирования за счет исключения субъективного влияния оператора.

Приведенные ниже в таблице данные объясняют широкое внедрение в ТП сборки и монтажа МСБ гибких полимерных ленточных носителей компонентов, включая их корпусированные варианты.

Технико-экономические параметры различных методов микромонтажа бескорпусных ИМС.

Для беспроволочного автоматизированного монтажа бескорпусных ИМС все шире используются керамические носители-кристаллодержатели.

1 2

n 3 1-торцовый вывод

n-1 4 2-керамический корпус

Микрокорпус-кристаллодержатель содержит углубление под установку кристалла, необходимую разводку для подсоединения выводов ИМС к внешним металлизированным КП.

Такая конструкция обеспечивает в сравнении с традиционными корпусами ИМС уменьшение занимаемой на монтажной плате площади и объема до 4,8-5,5 раз,

повышается верхний частотный предел применения ИМС до 3-х раз. Кроме того, микрокорпус пригоден для предмонтажного контроля параметров кристалла .

Присоединение КП микрокорпусов к КП монтажных плат МСБ и ФЯ осуществляется групповой пайкой.

Одним из вариантов является пайка цанговым инструментом:

Внешняя часть цанговой головки нагрета

- на КП платы трафаретной печатью наносится

дозированный припой в виде пасты,

- внутренняя часть цанговой головки з ахватывает микрокорпус;

- внешняя часть цанговой головки опускается на плату,

образуется замкнутый объем, в котором КП и посадочное место