14-04-2020-СОВР-ТЕХНОЛОГИИ-ПРОИЗВ-РЭА-ТРЕТЬЯКОВ (1171921), страница 15
Текст из файла (страница 15)
Однако становитсявсе труднее изготовлять подобным образом миниатюрные и быстрые, но в тоже время дешевые платы, поскольку упомянутый метод требует постоянногоуменьшения толщины медных слоев, создания отдельной фотомаски длякаждого из них, формирования электрических соединений между слоями (чтосамо по себе является весьма сложным процессом) и, наконец, большогоколичества различных химических компонентов и реактивов - фоторезиста,проявителя, вытравливателей, обесцвечивающих средств и т. п.
В то же времятехнология струйной печати имеет множество преимуществ в сравнении сфотолитографией. Так, она предусматривает использование гораздо меньшегообъема материалов, а сам процесс является "сухим", т. е. не происходитзагрязнение воздуха вредными жидкостями. Помимо этого, процедураизготовления плат с помощью струйной печати состоит из меньшего числашагов и легко адаптируется к различным типам устройств (поскольку неприменяются фотомаски), что особенно важно, когда необходимо выпускатьмалые партии плат разной конструкции.
Наконец, данная технологияоптимально подходит для работы с многослойными структурами, так какмежслойные соединения могут быть напрямую нанесены на плату. Однимсловом, струйная печать позволяет производить многослойные платы высокойплотности, имеющие малую стоимость, причем - без какого-либо ущерба дляокружающей среды.Если говорить непосредственно о разработке, продемонстрированнойSeiko Epson, то это 20- слойная плата размером 20x20 мм и толщиной 200 мкм(без учета твердой подложки). При формировании топологии соединений наней применялось два типа чернил - изолирующие и проводящие. В последнихсодержатся микрочастицы серебра, диаметр которых составляет от несколькихдо десятков нанометров.
Следует отметить, что в будущем планируетсяиспользовать и другие проводящие материалы, в том числе алюминий, никель имагний - это должно способствовать еще большему снижению стоимости"отпечатанных" плат. Размеры поперечного сечения соединений в показаннойплате равны 50x4 мкм (соответственно ширина и высота), а минимальноерасстояние между ними - 110 мкм. В будущем инженеры компаниирассчитывают довести толщину соединений до 15 мкм. Общая протяженностьлиний связи в представленной плате около 5 м .В процессе изготовления плат методом струйной печати используется двавида чернил - проводящие и изолирующие, при этом в случае многослойныхплат (рис.
7.2) формирование электрических соединений между слоями непредставляет особой проблемы в отличие от применяемой в настоящее время78технологии фотолитографии. Плюс ко всему, новый метод позволяет легкопереключиться с одной конструкции выпускаемых плат на другую.Рис.
7.2. Послойное нанесение слоев на платуАналогичные разработки ведутся фирмой E Ink, которая была основана в1997 г. группой сотрудников лаборатории Media Lab Массачусетскоготехнологического института во главе с Джозефом Джекобсоном (JosephJacobson).Работы в данном направлении продвигаются весьма успешно. Около годаназад E Ink удалось привлечь к разработкам компанию Lucent Technology, и вотими представлен первый прототип гибкого дисплея. Данное устройство имеетвидимую область площадью 25 кв.
дюймов и содержит несколько сотенпикселов. Основой его служат две новейшие технологии - собственноэлектронные чернила от E Ink, а также "пластиковые транзисторы" от Bell Labs(последняя технология предполагает создание интегрированных схем на основепластичных материалов). Технология E Ink предполагает использованиедвухцветных сферических микрочастиц, за счет изменения ориентации которыхи формируется изображение (основой ее служат результаты исследований,проводившихся в центре Xerox PARC еще в 70-х годах).Сфера потенциального применения подобных дисплеев очень широка ноутбуки, электронные книги, карманные устройства и т.
п. Ниже представлентермочувствительный элемент, напечатанный с помощью обычного струйногопринтера (рис 7.3).На этом ученые останавливаться не собираются. Их новая цель - создатьтехнологию, которая позволила бы изготовлять микросхемы методом обычнойпечати.Идея заключается в том, чтобы производить чипы путем напыления наподложку специальных "полупроводниковых" чернил. К настоящему времени вMIT Media Lab уже смогли найти способ получения жидкости c необходимыми79свойствами, состоящей из агрегатов размером приблизительно 100 атомовкаждый. Как считают исследователи, этого вполне достаточно, чтобы"печатать" структуры с характерными размерами порядка 200 нм, что ужесравнимо с уровнем интеграции современных микросхем.Рис.
7.3. Термочувствительный элемент, напечатанный спомощью обычного струйного принтераБолее того, специалисты Media Lab полагают, что задуманная имитехнология позволит в конечном итоге получать не только отдельныемикросхемы, но и устройства, если можно так выразиться, больших масштабов,вплоть до законченных вычислительных систем. Над проблемой исследованияв области "печатных" микросхем работает и ряд других исследовательскихлабораторий, но их разработки основаны на применении органическихполимеров. Одним из главных преимуществ таких материалов является ихдешевизна, но дело в том, что они изначально имеют ограничения в планенаращивания скорости чипа. В то же время группа Джекобсона предлагаетиспользовать жидкие суспензии ("чернила") на основе неорганическихполупроводников, подобных тем, из которых изготовляются микропроцессоры,и позволяющих достичь значительной производительности.
Кроме такихочевидных преимуществ как дешевизна, простота и быстрота изготовленияописанный подход имеет еще и целый ряд других достоинств. В частности,напыление производится при температуре не выше 300 градусов Цельсия, чтопозволит использовать в качестве подложки легкоплавкие материалы, в первуюочередь все тот же пластик. Благодаря простоте и дешевизне проводящихполимеров их использование в электронике способно повлечь за собойсерьезные изменения в самой идеологии полупроводниковой отрасли, сделаввозможным перенос в нее, ни больше ни меньше, модели открытого кода:практически каждый желающий сможет брать ту или иную микросхему,вносить в нее коррективы и печатать!807.3. Технологии настоящего и будущегоНад созданием разнообразных "пластиковых" электронных устройств внастоящее время работают немало компаний и исследовательских лабораторий.Правда, предлагаемые на сегодняшний день решения в большинстве своемпредполагают некий сплав новых и традиционных технологий.
Например,одним из самых распространенных подходов является нанесениеполупроводниковых материалов на пластиковую подложку. Однако на самомделе существует и другой вариант - использование пластичных материалов спроводящими свойствами, а точнее, - проводящих полимеров. Первые, самыеважные результаты в данной области, по сути ставшие отправной точкой длявсех дальнейших исследований, были получены Хидеки Ширакавой (HidekiShirakawa) из Университета г. Цукуба (Япония), Аланом Хигером (Alan J.Heeger) из Калифорнийского университета и Аланом Макдармидом (Alan G.MacDiarmid) из Университета Пенсильвании.
Первое сообщение о нихпоявилось в 1977 г . в "Journal of Chemical Society" Сущность Основой длятокопроводящих полимеров служат высокомолекулярные вещества смолекулами, в которых имеются чередующиеся двойные связи. В чистом видеони не являются проводниками заряда, поскольку электроны в нихлокализованы вследствие участия в образовании сильных химических связей.Для освобождения электронов применяются различные примеси. После ихввода появляется возможность перемещения зарядов (электронов и дырок)вдоль молекулярной цепи.Электролюминесцентные полимеры.Одним из важных шагов в развитии полупроводниковых полимеров сталополучение в самом начале 90-х годов электролюминесцентных полимеров. Онитакже являются проводящими, а излучение в них происходит за счетрекомбинации зарядов и дырок.
К настоящему времени такие полимеры уженаходят широкое применение в электронной индустрии: именно на их основестроятся дисплеи на органических светодиодах (OLED - Organic Light-EmittingDisplay), рассматриваемые многими специалистами как очень серьезныйконкурент ЖК-дисплеям на рынке карманных устройств. Полимерныепроводники и полупроводники считаются сейчас основой органо-электроники21-го века. Конечно, вещества на основе органических углеродных молекулхуже проводят электричество чем, скажем, медь, и несколько хуже кремния вкачестве основы микрочипов. Но они легко принимают любую необходимуюформу, более легки и дешевы. К тому же, изменяя химический состав, можноварьировать свойства этих веществ в гораздо более широких пределах, чемнеорганических.818.
Сборка и монтаж печатных плат.Операции сборки и монтажа являются наиболее важными операциямитехнологического процесса изготовления ПП с точки зрения влияния натехнические характеристики устройства. Они весьма трудоемки. Так,трудоемкость сборки узлов во всем сборочно-монтажном производствепревышает 50%, при этом доля подготовки ИЭТ составляет около 10%,установки ИЭТ на ПП - более 20% и пайки —30%. Поэтому автоматизация имеханизация именно этих групп операций дает наибольший эффект в снижениитрудоемкости. Основные пути снижения трудоемкости — применениеавтоматизированного оборудования, использование групповой обработки,внедрение новой элементной базы и техники поверхностного монтажа.Последнее направление наиболее эффективно в плане повышенияпроизводительности труда и снижения трудоемкости монтажа.
Рассмотримосновные операции и переходы автоматизированной сборки и монтажа ПП.Операции позиционирования ПП, нанесения клея и припойной пастывыполняются на сборочном автомате. Далее плата поступает насветомонтажный стол, где производятся установка на нее ИЭТ малойприменяемости или отсутствующих в накопителях сборочного автомата,нанесение клея, фиксация. Полностью собранная ПП поступает на пайку. Вусловиях единичного и мелкосерийного производства, когда применениесборочных автоматов не оправдано по экономическим или инымсоображениям, технологический процесс сразу может начинаться со сборки насветомонтажных столах.
После исправления дефектов паяных соединений,отмывки от остатков флюса и влагозащиты полученный ПП поступает наслесарные операции для формирования законченного модуля (присоединениесоединителей, установка в рамку, креплений направляющих и т.п.). Передвлагозащитой узел на ПП проходит внутрисхемный и функциональныйконтроль. Кроме того, проводится межоперационный визуальный контрольоптическими тестерами, автоматический лазерный тепловой контроль качествапаяных соединений и др. на рисунке 8.1 показан монтаж ППРис. 8.1. Монтаж печатных плат82Подготовительныемонтажныеоперации.ФиксацияИЭТ.Смонтированные на ПП ИЭТ необходимо зафиксировать, чтобы они неизменили своего положения из-за неосторожного обращения или не былисдвинуты во время пайки под действием гидравлического напора припоя или подругой причине.Простейший способ фиксации — подгибка выводов после их введения вмонтажные отверстия ПП.
Многие сборочные автоматы снабжены для этогоузлами подгибки и подрезки выводов. Другой распространенный способфиксации — с помощью уступа или зига на выводе.Усилие гибки определяется по формуле:Р = 1,25ВSσBК+Pпр(8.1)где B, S - ширина и толщина вывода ИЭТ, мм; σB - временноесопротивление материала вывода, Па; Рпр - усилие прижима, составляющееобычно 25...30% от усилия изгиба.Усилие формовки можно рассчитать по формуле двухугловой гибки сприжимом:Р = (2...4) ВSσBК+Pпр(8.2)Значение длины формовки обычно близко к 7 мм, а выступ вывода поднижней поверхностью ПП к 2мм. Эти размеры можно определить по формуле:L ≥ 0,5Dk+tпп+2(8.3)где L - длина формовки, мм; Dk - диаметр корпуса ИЭТ, мм, tпп - толщинаПП.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
