Рис. 1. Типы корпусов микросхем

Стандартный мини-корпус типа SO (рис. 1, 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. 1, 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, второй - 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 стеклоэпоксидной 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.1, г).

3. Конструктивно-технологические варианты поверхностного монтажа

Варианты практической реализации технологии ПМ

Классификация вариантов поверхностного монтажа развивается в соответствии с достижениями техники в этой области. На ранних стадиях выделялись три основных варианта: чисто поверхностный монтаж (одно- или двухсторонний) (рис. 2, а); смешано-разнесенный монтаж, при котором компоненты со штыревыми выводами размещаются на лицевой стороне печатной платы, а простые ПМ- компоненты -на обратной стороне (рис. 2, в) и смешанный монтаж: (рис 2, б), когда на одной или двух сторонах печатной платы размещаются сложные ПМ - компоненты и компоненты со штыревыми выводами. В стандарте IPC-CM-770 эта классификация получила дальнейшее развитие. Выделены два типа (тип 1 и тип 2), которые могут иметь три класса (А, В и С). Типы определяют расположение компонентов с одной или двух сторон ПП, а классы - виды компонентов, используемых для поверхностного монтажа (А - использование компонентов только со штыревыми выводами, В - только ПМ-компоненты и С - смешанное использование компонентов). Классы В и С в свою очередь могут подразделяться на простые и сложные.

Еще один вариант классификации предусматривается стандартами EIA, в которых выделяются три варианта практической реализации технологии ПМ: тип 1, тип 2 и тип 3 (рис. 3). Тип 1 содержит только ПМ-компоненты различной сложности, устанавливаемые с одной или двух сторон ПП, тип 3 - компоненты со штыревыми выводами на лицевой стороне и простые ПМ-компоненты на обратной стороне ПП. Тип 2 является комбинацией 1-го и 2-го типов. Кроме того, сборочные единицы, содержащие сложные ПМ - компоненты (QFP, TAB, BGA и др.), для каждого из типов выделяется в подтипы: IC, IIС, IIIС (рис.4).

Практически в промышленности более часто применяется последний вариант классификации и мы примем его за основу.

Типовая схема практической реализации технологии ПМ типа 1

Характерной особенностью типа 1 является использование только ПМ - компонентов. Технологический процесс начинается с нанесения (чаще всего методом трафаретной печати) припойной пасты на контактные площадки (рис. 5). Компоненты устанавливаются на печатную плату и осуществляется их пайка в парогазовой фазе. Некоторые припойные пасты подсушивают перед пайкой для удаления летучих соединений и стабилизации свойств. Для плат с двухсторонней установкой компонентов приведенные выше операции повторяются. Компоненты, находящиеся на лицевой поверхности печатной платы, повторно подвергаются нагреву. Однако вследствие действия сил поверхностного натяжения в припойной пасте они остаются на своих местах.

Рис. 2. Классификация вариантов ПМ на ранних стадиях

Рис.3. Классификация вариантов ПМ согласно стандартов EIA

Рис. 4.Сложные варианты ПМ согласно стандартов EIA

Рис.5. Схема процесса ПМ - конструктивов типа 1

Процесс монтажа сборочных единиц типа IC, содержащих сложные корпуса, в основном соответствует описанному выше. Свои особенности имеет только монтаж корпусов с ультрамалым расстоянием между выводами (UFP/TAB). Их установку и пайку (чаще всего с помощью группового паяльника) осуществляют после выполнения всех основных операций для типа 1. BGA-корпуса устанавливаются в общем технологическом цикле, так как они имеют большее расстояние между выводами (обычно 1,27 мм).

Типовая схема практической реализации технологии ПМ типа 2

Так как тип 2 является комбинацией типов 1 и 3, то он использует все операции, характерные для этих типов (рис. 6). Это наиболее сложный вариант для практической реализации, потому что он содержит максимальное число операций. При наличии в нем сложных компонентов (тип IIС) технологический процесс дополнительно включает в себя операции индивидуального монтажа этих компонентов с помощью лазерной пайки или группового паяльника (рис. 7)

Рис. 6. Схема процесса ПМ - конструктивов типа 2

Рис. 7. Схема процесса ПМ - конструктивов типа IIС

Типовая схема практической реализации технологии ПМ типа 3

Первой операцией технологического процесса (ТП) будет автоматизированная установка компонентов со штыревыми выводами с их подгибкой (рис.8). Она выполняется на серийном оборудовании. Далее плата переворачивается и на места установки ПМ - компонентов наносится адгезив. С помощью автоматических укладчиков устанавливаются ПМ - компоненты и осуществляется подсушивание адгезива в конвекционных или инфракрасных печах. После отверждения адгезива плата переворачивается обратно

Рис 8. Схема процесса ПМ-конструктивов типа 3

и производится пайка выводов традиционных и ПМ-компонентов волновой пайкой. Дискретные ПМ - компоненты за счет приклеивания во время пайки остаются на своих местах. Последние операции всех технологических процессов - очистка и контроль. Некоторые фирмы осуществляют пайку волной припоя и ПМ - корпуса ИМС (SO). Однако это не рекомендуется ввиду высоких тепловых нагрузок на корпуса, снижения коррозионной стойкости и надежности ИМС.

Каждый из рассмотренных вариантов ПМ обладает своими достоинствами и недостатками.

В качестве достоинств чисто поверхностного монтажа (тип 1) можно отметить:

* наибольшую степень миниатюризации изделия;

* высокую степень автоматизации технологического процесса;

* одноступенчатый процесс пайки;

* высокую надежность изделия;

* возможность обеспечения высокого выхода годной продукции;

* улучшенные выходные электрические характеристики;

* возможность уменьшения объема изделия на 40-75% (по сравнению с ТНТ).

К недостатком и проблемам этого варианта монтажа можно отнести:

* недостаточную номенклатуру и объем выпуска компонентов для ПМ;

* большие первоначальные затраты на приобретение нового высокоточного сборочно-монтажного оборудования;

* несовместимость по термическим характеристикам ПП и отдельных типов корпусов ПМК (для LCCC, CBGA и др.);

* более высокую сложность контроля изделия в процессе из-готовления;

Достоинствами варианта смешанного монтажа (тип 2, IIС) являются:

* больший выбор компонентов при их оптимальной стоимости;

* высокая плотность монтажа (уменьшение объема изделия на 20-60% );

* возможность использования имеющегося оборудования.

В качестве недостатков этого варианта можно отметить:

* многоступенчатость технологического процесса:

* необходимость применения дополнительного оборудова-ния (например, для лазерной пайки);

* не полное использование обратной стороны печатной платы.

Третий вариант монтажа (тип 3, IIIC) также позволяет в определенной степени повысить плотность монтажа и на 10-30% уменьшить объем изделия. Однако по этой характеристике он значительно проигрывает двум первым вариантам и не всегда позволяет обеспечить требуемую степень интеграции. Появляется также дополнительная операция нанесения и отверждения адгезива.

Можно выделить следующие группы технологических процессов и операций, реализующих различные варианты технологии поверхностного монтажа:

* нанесение и сушка адгезива;

* нанесение припойной пасты;

* установка компонентов на печатные платы;

* пайка;

* очистка собранной платы от технологических загрязнений;

* контрольные операции;

* ремонт.

Перечисленные технологические процессы практически присутствуют (кроме нанесения и сушки адгезива) при всех вариантах реализации технологии ПМ. Для каждой группы в настоящее время разработана большая гамма технологических процессов, целесообразность применения которых определяется вариантом монтируемой платы, устанавливаемых корпусов, назначением изделия, предъявляемыми к нему требованиями, вопросами стоимости. Поэтому для правильного построения техпроцесса и обоснованного выбора оборудования необходимо иметь информацию о всех возможных и доступных для потребителя вариантах.

ЛИТЕРАТУРА

1. Технология поверхностного монтажа: Учеб. пособие / Кундас С.П., Достанко А.П., Ануфриев Л.П. и др. - Мн.: "Армита - Маркетинг, Менеджмент", 2000.

2. Технология радиоэлектронных устройств и автоматизация производства: Учебник/ А.П. Достанко, В.Л.Ланин, А.А. Хмыль, Л.П. Ануфриев; Под общ. ред. А.П. Достанко. - Мн.: Выш. шк., 2002

3. Гуськов Г.Я., Блинов Г.А., Газаров А.А. Монтаж микроэлектронной аппаратуры М.:Радио и связь, 2006.-176с.

4. Гибкие автоматизированные производства. Управление технологичностью РЭА /А.М.Войчинский, Н.И.Диденко, В.П.Лузин.-М.: Радио и связь, 1987.-272 с.