Godkjent av Universitetets redaksjons- og publiseringsråd

UDC.621.396.6.001.63

Vinnikov, V.V. Grunnleggende om elektronisk design: lærebok: 2 bøker. Bok 2 / V.V. Vinnikov. – St. Petersburg: Forlag ved North-West Technical University, 2009. - 223 s.

Læreboken ble utviklet i samsvar med kravene til statlige utdanningsstandarder for høyere profesjonsutdanning.

Den andre boken i manualen diskuterer problemstillinger knyttet til konstruksjonsdesign; beskyttelse av ES-strukturer; utforming av ES under hensyntagen til kravene til ergonomi og design.

Læreboken er beregnet på studenter av spesialiteten 210201.65 - "Design og teknologi for radio-elektronisk utstyr" og retningen for bacheloropplæring 210200.62 - "Design og teknologi for elektronisk utstyr", som studerer disiplinen "Fundamentals of design of elektronisk utstyr".

ANMELDERE: V.I. Sokolov – Doktor i fysikk og matematikk. vitenskap, prof., vitenskapelig. lab konsulent Institutt for fysikk og teknologi ved det russiske vitenskapsakademiet; A. E. Kalmykov, Ph.D. fysikk og matematikk Vitenskaper, kunst. vitenskapelig medarbeidere Fysisk-teknisk institutt ved det russiske vitenskapsakademiet.

Ó Northwestern State Correspondence Technical University, 2009

О Vinnikov V.V., 2009

FORORD

Denne læreboken er beregnet på studenter med spesialitet 210201.65 - "Design og teknologi for radio-elektronisk utstyr" og bachelorgrad 210200.62 - "Design og teknologi for elektronisk utstyr". Det bør hjelpe dem med å studere disiplinen "Fundamentals of Electronic Design" i syklusen av generelle profesjonelle disipliner (føderal komponent). I tillegg kan manualen brukes av studenter fra spesialiteten 210302.65 - "Radio Engineering" og 230101.65 - "Datamaskiner, komplekser, systemer og nettverk" når de studerer fagene "Design Fundamentals and Production Technology of Electronic Electronics" og "Design and Technological Støtte for datamaskinproduksjon", henholdsvis.

Hensikten med håndboken er å gi studentene materiale om følgende deler av fagets arbeidsprogram: strukturell design (design av elementer av bærende strukturer av elektriske systemer; informasjonsteknologier for utforming av elektriske systemer); beskyttelse av ES-strukturer; design av ES tar hensyn til kravene til ergonomi og design. Disiplinen "Fundamentals of design of electronic devices" er en logisk videreføring av disiplinen "Fundamentals of design and reliability of electronic systems" og er assosiert med disiplinene "Fundamentals of design of electronic devices" og "Moderne metoder for design og teknologi for elektroniske systemer».

INTRODUKSJON

Disiplinen "Fundamentals of Electronic Devices Design" er en logisk fortsettelse av disiplinen "Fundamentals of ES Design and Reliability", og derfor bør alt studert materiale i denne disiplinen brukes til å studere det og utdype kunnskapen om ES (RES) design. På den annen side er disiplinen som studeres grunnlaget for en mer dyptgående studie av en rekke designmetoder, og fremfor alt verifikasjonsmetoder for beregning av RES-strukturer for tillatte termiske, elektromagnetiske, mekaniske og andre moduser av deres drift, som vil bli studert i det femte og sjette året i disiplinen "Fundamentals of Design" RES". I denne forbindelse blir det ikke tatt hensyn til disse metodene i disiplinen som studeres, og hovedoppmerksomheten rettes mot utformingen av funksjonelle enheter og moduler utført ved utskrift.

Denne håndboken (bok 2) er en logisk fortsettelse av læreboken «Fundamentals of Electronic Design», bok 1. Derfor, når du studerer disiplinen, bør du begynne med den.

Denne håndboken inneholder en emneregister, en bibliografisk liste over brukt litteratur, samt spørsmål for selvkontroll.

1. Design av ES-moduler

1.1. Konstruksjon av forseglede celler og blokker

De generelle prinsippene for å arrangere strukturelle elementer i forseglede blokker ligner på ikke-forseglede strukturer. En betydelig forskjell er tilveiebringelsen av nødvendig tetthet, samt spesifisiteten til varmefjerning for å skape normale termiske forhold i blokken. Metoden med ledende kjøleribber har funnet bred anvendelse for kjøling av forseglede enheter, og gir den mest rasjonelle varmefjerningen fra de brukte uemballerte integrerte kretsene (IC), integrerte kretser (IC) og mikromonteringer (MSA).

Alle uemballerte IC-er og SMB-er i forseglede blokker er installert på individuelle eller gruppe varmeavledende busser, sistnevnte er på sin side i kontakt med blokkkroppen, noe som gjør at varme kan overføres fra elementene til kroppen. Varme fjernes fra blokkkroppen ved naturlig konveksjon, for hvilken overflaten av blokken økes på grunn av finnene eller ved å blåse tvungen luft over blokkkroppen. For å øke blokkens dissiperte kraft, settes luftkanaler inn i blokken uten å krenke blokkkroppens tetthet. For å utjevne de termiske feltene til elementene som er plassert inne i blokkkroppen, er det installert en vifte i blokken, som internt blander gassen som fyller blokken. Individuelle og gruppe termiske busser gir utjevning av det termiske feltet på underlagene til brikkeløse ICer og SMBer. Tatt i betraktning det ovennevnte og det faktum at bruken av urammede NS og SMB øker pakkingstettheten til elementer og følgelig spredningskraften i blokken, skiller de spesifikke designene til forseglede blokker og deres celler seg betydelig fra designene til ikke- forseglede blokker, selv om det generelle prinsippet om layout og designalternativer for blokker (splitt og bok) er lagret.

Beregning av antall uemballerte IC-er og SME-er på kretskortet til en celle utføres ved å bruke metoden for å bestemme antall pakkede elementer. Installasjonen av en rammeløs SME er vist i fig. 1 . Det anbefales å velge installasjonstrinn for SMB med åpen ramme i henhold til tabellen. 1.

Trinn for installasjon av åpne ramme SMBer avhengig av gjennomsnittlig antall pinner involvert, der det er mulig å bruke dobbeltsidige trykte kretskort med ensidig installasjon av åpen ramme SMB og flerlags trykte kretskort (MPC) med dobbeltsidig installasjon av mikromontasjer med åpen ramme med et antall lag på minst fire (for den manuelle designmetoden), er gitt i tabell. 2. De anbefalte trinnene er gitt for tilfellet når utgangskontaktene til de rammeløse SME-ene er plassert på begge sider av SME-substratet.

Ris. 1. Installasjon av en rammeløs SME på en metallbase: 1 Og 2 – brett; 3 - metallbase; 4 - dirigent; 5 – kontaktpute

I fig. Figur 2 viser oppsettet av seter for SMB med åpen ramme. I analogi med celler laget med huselementer, introduserer vi konseptet med størrelsen på kantfeltene på et trykt kretskort. Under dimensjonene til kantmarginene X 1,X 2,på 1 og på 2, er avstandene fra kanten av kretskortet langs aksene forstått X Og Y til den første raden med kontaktputer for eksterne pinner til uemballerte små og mellomstore bedrifter. Kantfelt på 2 for alle standardstørrelser av filmplater (substrater) til uemballerte SMBer er 12,5 mm ved bruk av kontrollputer med pinner forseglet i metalliserte hull eller ved bruk av trykte kontaktputer og 10 mm ved bruk av enkle stempler og kontakter som kontrollelementer.

De minimale teknologiske dimensjonene til kantfeltene til trykte kretskort ved installasjon av uemballerte SMB-er, avrundet til multipler på 2,5 mm, uten å ta hensyn til ruting av trykte kretsledere, er gitt i tabell. 3. Ved mekanisert montering av celler på trykte kretskort gis kantmarger med en bredde på minst 5 mm. I fig. 3...6 viser typiske celledesign av forseglede blokker med avtakbare og bokdesignalternativer.

Tabell 1

Trinn for å installere nakne mikromontasjer på celletrykkkort

Merk: 1- plusstegn (+) tilsvarer anbefalte installasjonstrinn;

tabell 2

Installasjonstrinn for rammeløse SMB (BSMB) avhengig av gjennomsnittlig antall pinner involvert

Ris. 2. Merking av seter for SMB med åpen ramme

Tabell 3

KantfeltX 1, X 2 på PP når du installerer BSMB

Ris. 3. Celle i en forseglet blokk med avtagbar design: 1 - trykt kretskort; 2 - mikromontering er uinnrammet; 3 - metalldekk; 4 - elektrisk kontakt

Ris. 4. Celle i en forseglet blokk av et bokdesign: 1 - metallbase; 2 - mikromontering er uinnrammet; 3 - luftkanal: 4 - elektrisk kontakt; 5 - kretskort

R
er. 5. Forseglet blokkbokcelle med ramme: 1 - trykt kretskort; 2 - metalldekk; 3 - mikromontering av etui; 4 - trykt kontakt

Ris. 6. Celle i en forseglet blokk av et bokdesign:

1 - trykt kretskort; 2 - metalldekk; 3 – mikromontering

Cellen vist i fig. 3, består av metallstenger som et trykt kretskort er festet til med hule nagler. Rammeløse SMB-er er direkte montert på metallstenger på begge sider av kretskortet. En klemlist er festet til enden av en av sidene av det trykte kretskortet gjennom metallstenger, som har nasser for å feste cellen i blokken ved hjelp av festeskruer. På motsatt side er kontakter installert ved fakling og lodding i hullene på kretskortet, beregnet for elektrisk tilkobling av cellen med bakplanet til enheten.

For å fjerne varme fra cellen har klemstangen god termisk kontakt med metallskinnene til cellen. Cellen vist i fig. 4, består av en U-formet metallbase, til hvilken en rektangulær luftkanal er festet ved sveising. Luftekanalen har knaster for å feste og svinge cellene i blokken. Cellens trykte kretskort er festet til basen med hule nagler. Rammeløse SMB-er er direkte installert på basen på begge sider. Den elektriske tilkoblingen av cellen til bakplanet til enheten er laget ved hjelp av en fleksibel trykt kabel. For å fjerne varme fra cellen har basen god termisk kontakt i hele lengden med luftkanalen.

Cellen vist i fig. 5, består av en støpt ramme, hvortil et kretskort med metallskinner montert på begge sider er festet med hulnagler.

Uinnrammede mikromontasjer plasseres direkte på metalldekk. Rammen er forsynt med bosser for hengslet tilkobling av celler i blokken. For å sikre cellen er det laget adapterforinger i blokken som monteringsskruene går gjennom. Den elektriske tilkoblingen til enhetens bakplan gjøres ved hjelp av en fleksibel trykt kabel. For å fjerne varme fra cellen har rammen god termisk kontakt med celledekkene.

Cellen vist i fig. 6, består av et trykt kretskort med uemballerte SMB-er installert på sine to sider på individuelle metallskinner. Cellene har hengsler for hengslet tilkobling av cellene i blokken. Det trykte kretskortet har hull for å feste cellen til blokken ved hjelp av skruer. Den elektriske tilkoblingen til cellen er laget ved hjelp av bulkledninger, som, for å beskytte mot brudd, sys gjennom to rader med ikke-metalliserte hull plassert på kretskortet.

I fig. Figur 7 viser utformingen av en forseglet celle med koblingselementer og urammede SMBer. Designet består av en rektangulær sak, på bunnen av hvilken en film er limt eller et bryterbrett er installert. To fleksible kabler laget av foliert polyimid presses inn i hullene på baksiden av huset ved hjelp av plast, hvorpå forbindelsesledere og kontaktputer er dannet ved kjemisk etsing. Terminalene til den elektriske SNP34-kontakten er festet i kontaktputene. Den fleksible kabelen plasseres mellom to plastavstandsstykker som passer over terminalene på den elektriske kontakten. Toppen av huset er lukket med et lokk, som er forseglet med cellelegemet ved lodding. På sidene av kroppen er det bosser som brukes til å installere cellen i standard BNK2 guider; Cellene er festet med skruer. På undersiden av cellekroppen er det en fordypning for montering av stiftradiatorer laget av titanstrimmel.

R
er. 7. Forseglet celle med SMB med åpen ramme

I fig. 8 og 9 viser typiske utforminger av forseglede blokker med mikromontasjer med åpen ramme. Blokken med en forseglet avtakbar design (fig. 9) består av et sett med celler på SMB-er med åpen ramme (se fig. 3), installert parallelt med frontpanelet. Blokkkroppen er støpt, laget av Al9 aluminiumslegering. Blokken er forseglet med gummipakninger installert i sporene på blokkkroppen og boltet til sidedekslene til blokken. Dekselet på kroppen og sidene på enheten er ribbet. For å sikre cellene i blokken, er det gitt gruppeføringer og bosser med gjengede foringer på øvre og nedre vegger av huset. På frontpanelet er det en kobling, forseglet gjennom en tetningspakning, og et rør for å pumpe ut luft og fylle med tørt nitrogen. Det er fangestifter på bakpanelet av enhetens kropp. Den elektriske forbindelsen mellom cellene i enheten utføres ved hjelp av jumpere installert på pinnene til bakplanet.

For å forbedre termisk kontakt legges en korrugert aluminiumspakning mellom celleklemmelistene og det ribbede sidedekselet på blokken.

Ris. 8. Blokk med forseglet avtakbar design: 1 - celle; 2 - frontpanel; 3 - vegg; 4 - bakpanel; 5 - sidedeksel

Ris. 9. Forseglet bokblokk med luftkanal: 1 - celle; 2 - frontpanel; 3 - foringsrør; 4 - gebyr; 5 - fleksibel trykt kabel; 6 - luftkanal

En blokk med hermetisk bokkonstruksjon med en vertikal akse for åpning av cellene, vist i fig. 9, består av et sett med celler på SMB-er med åpen ramme (se fig. 4), som er installert vinkelrett på frontpanelet til enheten. Front- og bakpanelene er støpte og belagt av Al9 aluminiumslegering. Huset til enheten er sveiset, laget av titanlegering belagt med påfølgende varm fortinning med POS-61 loddetinn. Sideveggene på foringsrøret har avstivningsribber.

Blokken forsegles ved å lodde foringsrøret til blokkens front- og bakpanel. På blokkens frontpanel er det en kobling forseglet gjennom en tetningspakning, et rør for å pumpe ut luft og fylle blokken med tørt nitrogen, samt hull for tilførsel og utlufting av luft til luftkanalmanifolden. Det er fangestifter på frontpanelet til blokken.

Interne elektriske tilkoblinger er laget ved hjelp av fleksible trykte kabler og et bakplan. Varme fjernes fra enheten ved hjelp av tvungen luft gjennom tette luftkanaler.

Ris. 10. Forseglet bokblokk med vifte: 1 - fan; 2 - frontpanel; 3 - celle; 4 - bakplan; 5 - fleksibel trykt kabel; 6 - bakpanel; 7 - vegg

Den forseglede blokken av et bokdesign med en vertikal akse for åpning av cellene (fig. 10) består av et sett med celler på SMB-er med åpen ramme (se fig. 5), som er installert vinkelrett på frontpanelet til blokken . Klosskroppen er sveiset. Blokkkroppsdelene er laget av AMG-materiale, front- og bakpanelene på blokken er sprøytestøpt av Al9 aluminiumslegering.

Alle kroppsdeler og paneler er belagt. Blokken forsegles ved å lodde kassen og frontpanelet til blokken.

En forseglet blokk av bokdesign med en horisontal åpningsakse for cellene, vist i fig. 11, består av to celler (se fig. 6) på SMB-er med åpen ramme installert vinkelrett på blokkpanelet. Rammen til blokken er laget av støpt aluminiumslegering Al9. Panelet og kabinettet til enheten er laget av titanlegering og har et belegg etterfulgt av varm fortinning med loddetinn. Blokken forsegles ved å lodde dekselet til panelet. Huset har stoppere for feste av rammen med celler, og bosser for festing av cellene i panel og ramme. Panelet er utstyrt med elektriske koblinger oppnådd ved hjelp av flerpinnede øyeforbindelser, et rør for å pumpe ut luft og fylle med tørt nitrogen, og gjengede fangestifter. Interne elektriske tilkoblinger er laget ved hjelp av bulkledninger.

Settet med vurderte NDT-blokker gjør det mulig å løse designproblemer for et bredt spekter av utstyrsutviklinger. Det bør huskes at blokker med generell forsegling er preget av høy pakningstetthet av elementer.

Ris. 11. Forseglet bokblokkdesign: 1 - celle; 2 - ramme; 3 - panel; 4 - volumetrisk ledning; 5 – foringsrør

Tetningsblokker, som inneholder uemballerte IC-er og SMB-er, utføres for å forhindre virkningen av eksterne klimatiske faktorer på de uemballerte elementene som er inkludert i IC-ene og SME-ene, dvs. de er forseglet for å fastslå den tillatte relative fuktigheten og sammensetningen av gassfyllstoffet inne i blokken bolig, som bestemmes av de tekniske forholdene for innkommende Blokken består av uinnrammede elementer.

For å skape det mest gunstige mikroklimaet inne i blokkkroppen, fylles blokkens indre volum med et inert medium i form av forskjellige gasser eller blandinger av gasser gjennom et evakueringsrør. For å øke levetiden eller lagringen av forseglede blokker før forebyggende reparasjoner, fylles blokkens indre volum med et inert medium med et overtrykk på ikke mer enn 12 10 4 Pa ​​gjennom pumperør (fig. 12, helvete).

Ris. 12. Design av pumperør: 1 - ramme; 2 - én tube; 3 - bøssing; 4 - sammensatt; 5 - kopp; 6 - gummikompressor; 7 -ball; 8 - pin

For å skape et inert miljø brukes tørt nitrogen, som i sine termiske egenskaper er lik luft. Det arbeides også med bruk av ulike flytende ikke-giftige løsninger, som har varmeledningsevne en størrelsesorden høyere enn tørr nitrogen, som et inert medium. Påvirkningen av disse væskene på de elektriske parametrene til rammeløse elementer og følgelig på deres pålitelighet er imidlertid ikke alltid fullstendig studert.

Tettheten til enhetene sikres ved å forsegle deres hus og eksterne elektriske kontakter, som er installert på front- eller bakpanelene til huset. Med tanke på spesifikasjonene til tetningsblokkhus og elektriske kontakter, må disse problemene vurderes separat.

Forsegling av blokkkropper kan utføres på følgende måter: ved å sveise basen og blokkkroppen; loddet demonterbar tilkobling av huset (basen) med dekselet (huset) til enheten; tetningspakning. Valget av forseglingsmetode bestemmes av kravene til blokkene avhengig av driftsforholdene, størrelsen (volum) av blokken, samt materialene som brukes i kroppen og i bunnen av blokken.

Forsegling ved sveising. Åpning av slike blokker er bare mulig ved hjelp av mekanisk fjerning av sveisen, noe som nødvendigvis medfører inntrengning av metallstøv på de rammeløse elementene og følgelig deres feil.

Tetting med loddbar demonterbar skjøt. Følgende krav er pålagt elementene i loddeforbindelsen til blokkstrukturen: for å eliminere overoppheting av blokken under lodding, er det nødvendig å sørge for et termisk spor i de strukturelle elementene til dekselkroppen (nær loddeforbindelsen); pakningen skal være laget av rektangulært tverrsnitt laget av varmebestandig gummi; diameteren på ledningen skal være 0,1...0,2 mm mindre enn bredden på gapet mellom dekselet og kroppen.

I en loddet skjøt legges ledningen over pakningen rundt hele skjøtens omkrets. En av endene av ledningen føres ut gjennom et spor i dekselet fra tilkoblingsområdet og plasseres vanligvis i et termisk spor. Avstanden rundt hele omkretsen av forbindelsen er fylt med lavtsmeltende loddemetall. Denne loddeforbindelsen lar deg demontere (åpne dekselet) til enheten opptil tre ganger.

For å forhindre skade på blokkens forsegling, bør den ytre overflaten av loddeforbindelsen ikke være monteringsoverflaten til blokken, og alle festeelementer til blokkene bør plasseres i størst mulig avstand fra loddeforbindelsen.

Tetting med pakninger. Strukturelle elementer for tetningsblokkhus med tetningspakninger er vist i fig. 1. 3.

Forseglingen og utformingen av spesielle elektriske kontakter, hvis tetthet oppnås ved hjelp av metall-til-glass-forbindelser, har en rekke spesifikke aspekter, så dette problemet bør vurderes mer detaljert. Alle glass-til-metall-forbindelser som brukes i utformingen av mikrokretser, mikromontasjer og forseglede enheter av mikroelektronisk utstyr kan deles inn i følgende typer: øye, disk, vindu og flat.

Øyeforbindelser brukes til produksjon av relékontakter, baser til IC- og SME-hus, forseglede ledninger, metallben til elektriske vakuumenheter, plugger til elektriske kontakter og lignende produkter.

Disktilkoblinger brukes til fremstilling av flerkontaktstrøminnganger, elektriske koblingsplugger, enheter av elektriske vakuumenheter og husbaser.

Vindustilkoblinger brukes til fremstilling av resonatorvinduer, høyfrekvensfiltre og visningsvinduer for enheter som er nødvendige for visuell inspeksjon.

Flate forbindelser brukes til fremstilling av baser for metall-glasskasser av ICer og SMBer med et rektangulært tverrsnitt av ledninger.

Ris. 13. Forsegling av blokkkroppen med en tetningspakning: 1 - blokkbase; 2 - tetningspakning; 3 - blokkkropp; 4 - bolt; 5 - skrue

Metall-glassforbindelser, avhengig av materialene som brukes, er delt inn i matchede og umatchede (komprimerte) skjøter. Matchende loddemetaller forstås som forbindelser der koeffisientene for termisk utvidelse (CTE) til materialene som loddes (glass-metallholder) er like eller avviker lite fra hverandre. I sin tur forstås uovertrufne loddemidler som forbindelser der de termiske ekspansjonskoeffisientene til materialene som loddes (glass - metallramme) skiller seg kraftig fra hverandre i temperaturområdet fra romtemperatur til mykgjøringstemperaturen til glass. Derfor, når du designer individuelle komponenter av mikroelektronisk utstyr, er det nødvendig å være stor oppmerksomhet til valg av materialer og følgelig deres gjensidige kombinasjon.

Øyeforbindelser skal forstås som forbindelser der en eller flere terminaler er loddet (smeltet) inn i et metallbur gjennom en isolator for hver terminal. Slike designalternativer for øyekoblinger er vist i fig. 14 og 15.

Diskforbindelser er laget i form av matchede og umatchede kryss (fig. 16 og 17). I en skiveforbindelse (fig. 16) er glassisolatoren plassert symmetrisk i høyden
. Minimum pinneavstand og mellom uttaket og veggen klipsen må være minst 0,8 ganger diameteren til uttaket.

Ris. 14. Enkeltpinners øyeforbindelser:

EN- design med en flens (eller hette) av øyet i tynne metallplater; b Og V- design med stansing (eller boring) et øye i tykkvegget metall; 1 - metallklemme; 2 - utgang (stang eller rør); 3 - glass isolator

Ris. 15. Eye multi-pin tilkoblinger: EN- design med flensøy i tynn metallplate: b- design med stansing eller boring i tykkvegget metall; 1 - metallklemme; 2 - utgang (stang eller rør); 3 - glass isolator

Vindustilkoblinger kan gjøres ved å lodde glass direkte til metall eller ved å bruke lavtsmeltende emalje.

Flate skjøter skal forstås som skjøter hvor metalldeler er loddet til glass langs en flat overflate.

Ris. 16. Disktilkoblinger. Ris. 17. Disktilkoblinger.

Matchet veikryss: 1 - Feil samsvarende veikryss: 1 –

metall klips; 2 - konklusjon; 2 – metallklemme;

konklusjon; 3 – glass isolator 3 – glass isolator

FLEKSIBLE PRODUKSJONSSYSTEMER FOR MONTERING OG INSTALLASJON AV ELEKTRONISKE MODULER PÅ 1. NIVÅ AV IEA-AVBINDELSE

Montering og installasjon er en av de siste stadiene av MEA-produksjonen, som består av mekanisk og elektrisk tilkobling til en enkelt helhet i samsvar med den tekniske dokumentasjonen av et sett med deler, sammenstillinger, enheter (både kjøpt og egenprodusert) for formålet av produksjon av MEA.

For en riktig utformet MEA er montering og installasjon det siste trinnet i produksjonen; i en slik MEA er det ingen innstillings- og justeringsarbeid, og overvåking av de elektriske og radioparametrene til de sammensatte produktene er en integrert del av den teknologiske prosessen (TP ) av montering og installasjon.

Arbeidsintensiteten for monterings- og installasjonsarbeid er 40-60 % av den totale arbeidsintensiteten ved produksjon av MEA. Arbeidsintensiteten ved produksjon av elektroniske moduler på 1. nivå (EM-1) av disaggregering MEA-EM-1 på kretskort (PCB) er omtrent halvparten av arbeidsintensiteten for alt monterings- og installasjonsarbeid. I denne forbindelse er det å øke arbeidsproduktiviteten ved montering og installasjon av EM-1 gjennom automatisering av teknologiske prosesser den viktigste oppgaven for å forbedre produksjonen av MEA, en av de lovende løsningene som er å skape en state-of-the -kunst montering og installasjon system for EM-1.

Design og teknologiske egenskaper til EM-1, produsert ved State Post Assembly and Installation Center

Å bestemme hoveddesignen og de teknologiske egenskapene til EM-1 innebærer å analysere: den elementære basen til EM-1 fra synspunktet om design og teknologisk klassifisering, leveringsalternativer og tekniske krav til den; design og teknologiske funksjoner for installasjon og svitsjbaser (trykte kretskort); standard design EM-1; typisk TP-montering og installasjon av EM-1 i GPS-forhold. La oss gå videre til en sekvensiell vurdering av problemene som er oppført ovenfor.

Kort design og teknologiske egenskaper til EM-1 elementbasen

Elementbasen til REA (inkludert EM-1) består hovedsakelig av elektronisk utstyr (IET) og elektrisk utstyr, som i henhold til deres design og teknologiske egenskaper er delt inn i 10 grupper:

ikke-polare IET-er med en sylindrisk eller rektangulær kroppsform og aksiale ledninger (motstander, kondensatorer, etc.);

polare IET-er med en sylindrisk kroppsform og aksiale ledninger (dioder, kondensatorer);

IET med rektangulære og skiveformede hus og to ensrettede ledninger (kondensatorer, etc.);

polare IET-er med en sylindrisk kroppsform og to ensrettede ledninger (elektrolytiske kondensatorer, etc.);

IET med en sylindrisk kropp med to eller flere parallelle ledninger;

IET med en rektangulær kasseform med to eller flere ensrettede utganger (IC i "Trail", "Ambassador" etc. tilfeller);

IET med et sylindrisk hus med to eller flere ensrettede terminaler (transistorer og IC-er i hus av "TO"-type, etc.);

IET med en rektangulær og sylindrisk plastkasse med tre ensrettede ledninger (transistorer i KT-type pakker, etc.);

IET med en rektangulær husform og et dobbeltsidig arrangement av pinner, vinkelrett på bunnen av huset (IC-er, motstandsdioder og transistorsammenstillinger i type 2-pakker (DIP), etc.);

IET med en rektangulær kroppsform og et 2- eller 4-sidig arrangement av pinner parallelt med kroppen (ICer, motstandi type 4-pakker, etc.).

Dermed er de listede radioelementene, halvlederenhetene, integrerte kretsene, elektriske egenskaper (kontakter) preget av følgende parametere: vekt, totale dimensjoner, stivhet av ledningene, presisjon i produksjonen av husene, konfigurasjon, tilstedeværelse og type nøkler, type levering, tillatte verdier for mekaniske påvirkninger på huset og terminalene (strekk- og trykkkrefter som oppstår under prosessen med å danne ledninger). Industrien produserer radioelementer og mikrokretser av forskjellige husformer:

rektangulær form med plane ledninger (totale dimensjoner: A X B - 7,5 X 7,5 mm; A X B - 52,5 X 22,5 mm);

sylindrisk i form med aksiale ledninger (totale dimensjoner L X N-2X 6 mm; DKhN-20X 26 mm);

sylindrisk i form med radielle ledninger (totale dimensjoner: L X H - 4,5 X 3 mm; L X H - 25 X 10 mm);

skiveformede totalmål: L X H 5,0 X 1 mm; L X H -17 X 5 mm);

kvadratisk form (totale dimensjoner: A X B 4,5 X 4,5 mm; A X B 25X25 mm);

rektangulær form (totale mål: AXB95X6,5 mm; AX B 59,5X26,5 mm).

Høyden på huset til de listede radioelementene varierer fra 2,5 til 50 mm, og deres masse - fra tideler av gram til hundrevis av gram.

Terminalene til radioelementer og mikrokretser har et rundt eller rektangulært tverrsnitt. Lengden på ledningene varierer fra 4 til 40 mm. Følgende materialer brukes til terminalene: kobber, platinitt, kovar med elastikkmoduler for spesifisert materiale E = 2,1 X 10 ~6 -g 2,5 X 10 T6 kg/cm2.

Funksjoner ved forsyningstilstanden til elementbasen for betingelsene for automatisert montering av MEA (EM-1) under GPS-forhold

IET av samme standardstørrelse, produsert av forskjellige produksjonsbedrifter, må ha en enkelt design, overordnede dimensjoner og tilkoblingsdimensjoner og må være produsert i henhold til en enkelt design og teknologisk dokumentasjon.

For å automatisere operasjonene for orientering av IET og kontrollere riktig installasjon av den i elektroniske moduler når du utfører monterings- og installasjonsarbeid, må IET ha en klart definert og strukturelt utformet nøkkel. Nøkkelen, laget i form av en skråkant (fremspring, fordypning, etc.) på elementkroppen er plassert i området for den første utgangen. De resterende pinnene er nummerert fra venstre til høyre eller med klokken fra bunnen, dvs. fra plasseringen av terminalene. For noen IET-er er orienteringen når den er installert i MEA enten ikke viktig, for eksempel for ikke-polare IET-motstander, eller er sikret av emballasje. Dermed er ikke-polare IET-er - dioder - når de er pakket i teip, plassert på en slik måte at alle positive ledninger er rettet i én retning, og negative ledninger i den andre. Tapen med positive ledninger må være farget.

Pakkingen av IET er avgjørende for å muliggjøre effektiv automatisering. I henhold til forskriftsmessige og tekniske dokumenter, må IET leveres i følgende skjema.

IET av 1. og 2. gruppe leveres limt til dobbeltrads tape. Limstigningen 5 avhenger av elementets diameter (bredde) og må være et multiplum på 5 mm. Bredden på limtapen a er 6 eller 9 mm. Avstanden mellom båndene b bestemmes av lengden på IET-kroppen og kan være 53, 63 eller 73 mm. Polar IET-er limes inn i tapen i en unik posisjon. De positive terminalene til IET limes inn i farget tape.

IET av 3., 4. og 8. gruppe med ledningsledninger, samt transistorer, leveres limt inn i en enkeltrads perforert tape (fig. 1). Tapebredde a - 18 mm. Limstigningen (stigningen til perforerte hull) s, avhengig av størrelsen på IET-kroppen, er 12>7 eller 15 mm. Avstanden mellom IET-terminalene b er 2,5 eller 5 mm.

I noen tilfeller er levering i enrads tape og IETE av 1. og 2. gruppe tillatt, når de er installert på trykte kretskort i vertikal posisjon. Det er også mulig å levere IET-er fra 3. og 4. gruppe limt inn i et dobbeltradsbånd, som gjør det mulig å installere dem på trykte kretskort på maskiner designet for installasjon av motstander (i fravær av spesielt teknologisk utstyr for å installere IET-er pakket i et uniformstape).

IET-er pakket i bånd leveres på ruller med en kapasitet på ett til fem tusen stykker IET-er med en mellomlagspakning som forhindrer skade på produktene og deres terminaler.

IET av 5., 6., 7. og 9. gruppe leveres som regel orientert i spesielle direktestrøms enkeltstrengs teknologiske kassetter.

IET fra den 10. gruppen leveres i en individuell satellittcontainer, som forhindrer deformasjon av huset og terminalene under lagring og transport, og gir også muligheten for fri tilgang til terminalene for automatisert kontroll av parametrene deres. Satellittcontaineren er laget av to deler av antistatiske materialer. Integrerte kretser (ICer) er plassert i den strengt entydig - med lokket nede og med nøkkelen plassert mot de to sporene til satellittbeholderen.

La oss nå gå til en vurdering av de viktigste tekniske kravene til IET når det gjelder deres motstand mot teknologiske påvirkninger. Slike krav inkluderer følgende.

Utformingen av IES må sikre tre ganger eksponering for gruppelodding og varmfortinning av ledninger uten bruk av kjøleribber og dannelse av en pålitelig loddeskjøt ved en loddetemperatur på ikke høyere enn 265 °C i ikke mer enn 4 s .

Ledningene og kontaktputene til IET må sikre loddebarhet ved bruk av alkohol-kolofonium ikke-aktivert flussmiddel og alkohol-kolofonium ikke-korroderende svakt aktivert flussmiddel (ikke mer enn 25 % kolofonium) uten ytterligere forberedelse innen 12 måneder fra produksjonsdatoen.

Figur 1

Grunnleggende tekniske krav fremsatt i forhold til PP for EM-1, produsert under betingelsene for GPS-montering og installasjon

1. PP må ha rektangulær form med et sideforhold på ikke mer enn 1:2. Dette er nødvendig for å sikre tilstrekkelig stivhet av kretskortet når det utsettes for mekaniske krefter fra GPS-ens automatiske leggehode.

2. For å feste PCB på koordinatbordet til monteringsmaskinen, må utformingen av de trykte kretskortene gi grunnleggende festeflater som koordinatene til monteringshullene eller kontaktputene måles fra. For automatisert montering kan hull (for eksempel festehull) plassert nær en av sidene på kretskortet eller diagonalt velges som grunnleggende festeflater. Nøyaktigheten av plasseringen av festehullene må ikke være mindre enn ± 0,05 mm. For automatisk montering bør to innbyrdes vinkelrette sider velges som underlagsfesteflater (for eksempel i nedre venstre hjørne av brettet). Basert på hjørnet av brettet er det lettere å automatisk erstatte eventuelle PCB-er, inkludert de av forskjellige standardstørrelser, på en monteringsmaskin. Basert på hull er det mulig å automatisk bytte ut plater av kun én standardstørrelse.

Maksimale avvik for monteringshull og kontaktputer fra bunnflatene bør ikke være mer enn ± 0,1 mm.

3. PP må ha soner fri for IET for å feste dem i føringene til koordinattabellen til monteringsmaskinen, PP-lagrings- og transportbeholdere. Disse sonene er som regel plassert langs de lange kantene av PP i en avstand på 5 mm for husholdningsutstyr, og i en avstand på minst 2,5 mm for spesialutstyr.

De oppførte hoveddesignene og teknologiske funksjonene og funksjonene til IET pålegger betydelige restriksjoner på metodene og tekniske midlene for romlig manipulasjon, stiller spesielle krav for å sikre produksjonsevnen til EM-1-designet som et objekt for automatisk (robotisk) montering, forutsigelse og vurdering EM-1-monteringsindikatoren, og oppnå nødvendig nivåtypifisering og forening av design og teknologiske løsninger for EM-1, samt strukturelle elementer av TM GPS-montering og installasjon av EM-1.

Flere design og teknologiske egenskaper til EM-1 som gjenstander for automatisert montering og installasjon i GPS

Fra monterings- og installasjonssynspunktet er EM-1 delt inn i tre grupper: EM-1 på en IC med pin-terminaler; EM-1 på en IC med plane ledninger; EM-1 på diskret IET.

Det definerende trekk ved den teknologiske klassifiseringen er typen elementbase EM-1, siden typen og arten av den teknologiske prosessen som skal brukes i produksjonen av den elektroniske modulen avhenger av den. I praksis oppstår imidlertid oftest ulike kombinasjoner av sammensetningen av elementbasen, noe som fører til behovet for å bruke forskjellige teknologiske prosesser. I dette tilfellet er den aksepterte sekvensen av teknologiske prosessoperasjoner spesielt viktig.

Elektroniske moduler produsert i GPS-forhold må oppfylle følgende tekniske krav:

den elektroniske modulen må være funksjonelt komplett slik at produksjonen, inkludert elektrisk kontroll, kan organiseres på et spesialisert produksjonssted;

for å sikre muligheten for bruk av gruppebølgelodding, må alle IET-er med pin-terminaler være plassert på kretskortet på kun én side. For IET med plane ledninger er plasseringen på begge sider av kretskortet;

Bare de IET-ene som ikke krever ekstra festing er gjenstand for automatisert installasjon på trykte kretskort;

Det må finnes frie soner rundt IET-en som er installert på kontrollpanelet – driftssonene for installasjonshodeverktøyene. For å øke installasjonstettheten er det mulig å bruke prinsippet om "overlappende" frie soner. I dette tilfellet blir det obligatorisk å følge sekvensen for å installere IET på brettet, der IET med en bredere sone installeres først, og den siste med den minste sonen.

Typiske monteringsskjemaer i forhold til typiske design av elektroniske moduler er vist i fig. 2, 3 og 4.

Ris. 2

Ris. 3 - Skjema for den teknologiske prosessen med å montere EM-1 på en IC med plane ledninger

Ris. 4

Fra disse figurene er det klart at monterings- og installasjonsarbeid under produksjonen av EM-1 er et kompleks av mekaniske, fysiske og kjemiske prosesser av forskjellig natur, kombinert med hverandre i den teknologiske prosessen i forskjellige sekvenser.

Følgende eksempler viser dette:

dannelse av ledninger, installasjon og festing av elektriske radioelementer og integrerte kretser på trykte kretskort - mekaniske prosesser;

avfetting, liming, vask av flussrester etter lodding - kjemiske prosesser;

fortinning, lodding, sveising - fysisk-kjemiske og fysisk-metallurgiske prosesser

krymping, innpakning av installasjonsforbindelser - fysiske og mekaniske prosesser, etc.

Alle disse omstendighetene påvirket alvorlig behovet for å sikre det nødvendige nivået av automatisering av de teknologiske prosessene for montering og installasjon av EM-1.

Bibliografi

1. R.I. Gzhirov, P.P. Serebrenitsky. Programmering av prosessering på CNC-maskiner. Directory, - L.: Mechanical Engineering, 1990. - 592 s.

2. Robotteknologiske komplekser / G. I. Kostyuk, O. O. Baranov, I. G. Levchenko, V. A. Fadeev - Lærebok. Fordel. - Kharkiv. nasjonal Aerospace University "KhAI", 2003. - 214 s.

3. N.P.Metkin, M.S.Lapin, S.A.Kleimenov, V.M.Kritsky. Fleksible produksjonssystemer. - M.: Standards Publishing House, 1989. - 309 s.

4. Fleksible robotsystemer / A. P. Gavrish, L. S. Yampolsky, - Kiev, Hovedforlag for forlagsforeningen “Vishcha Shkola”, 1989. - 408 s.

5. Shirokov A.G. Lager i Statsposten. - M.: Maskinteknikk, 1988. - 216 s.

6. Design av skjæremaskiner og verktøymaskiner: Håndbok-lærebok i 3 bind T. 3: Design av verktøymaskiner /Under hovedredaksjon. SOM. Pronikova - M.: Forlag av MSTU im. N.E. Bauman; Forlag MSTU "Stankin", 2000. - 584 s.

8. Ivanov Yu.V., Lakota N.A. Fleksibel automatisering av produksjon av elektronisk utstyr ved bruk av mikroprosessorer og roboter: Lærebok. håndbok for universiteter. - M.: Radio og kommunikasjon, 1987. - 464 s.

9. Industriroboter: Design, kontroll, drift. / Kostyuk V.I., Gavrish A.P., Yampolsky L.S., Karlov A.G. - K.: Videregående skole, 1985. - 359

10. Fleksible produksjonskomplekser /red. P.N. Belyanina. - M.: Maskinteknikk, 1984. - 384 s.

Overflatemonteringsteknologi er ikke ny, men i den innenlandske litteraturen er den dessverre ikke fullstendig dekket. Den foreslåtte serien med artikler viet til dette emnet vil hjelpe leserne til å forstå funksjonene til elektronisk modulinstallasjonsteknologi dypere. Denne artikkelen beskriver en rekke design av typiske elektroniske moduler og funksjoner i den teknologiske monteringsprosessen av hver type.

Moderne elektroniske komponenter

Type installasjon av moduler bestemmes først og fremst av antall sider som installasjonen utføres på (enkelt- eller dobbeltsidig) og utvalget av komponenter som brukes. Derfor er det logisk å innlede beskrivelsen av installasjonstyper med en kort oversikt over komponenter og hus. Det viktigste, viktigste kriteriet for teknologen for å dele elektroniske komponenter i grupper er metoden for å montere dem på brettet - i hull eller på overflaten. Det er han som i hovedsak bestemmer de teknologiske prosessene som må brukes under installasjonen.

Tabellen gir informasjon om de vanligste komponenthusene: navn, bilder, dimensjoner, pinnedeling. Alle dimensjoner, med mindre annet er angitt, er gitt i mil (1 mil = 0,0254 mm).

Ris. 1. TNT-komponenter

Ris. 2. SMD-komponenter

Bord

De mest interessante fra et praktisk synspunkt, ifølge forfatteren, er BGA-pakker, eller rettere sagt mBGA, som har 672 pinner med en pitch på 0,75 mm. Den øverste delen av BGA-pakken er ikke spesielt interessant, men det som er mer bemerkelsesverdig er den nederste delen og det indre av denne pakken med komponenter. I fig. 3a viser bunnflaten av BGA-pakken, hvor kuleledningene er synlige, og i fig. 3, b - snitt av denne kroppen.

Ris. 3. BGA-pakke

Ovennevnte korte oversikt over moderne komponenter gir en ide om hvor stort antall mulige alternativer for implementering av installasjon av moduler er med forskjellige plasseringer på brettet. I tillegg ble det ikke presentert en annen gruppe i gjennomgangen - gruppen av ikke-standardkomponenter (odd form komponenter).

Monteringstyper kan deles inn i henhold til ulike parametere: etter antall brettsider som brukes til montering (enkelt- eller dobbeltsidig), etter typene komponenter som brukes (overflate, utgang eller blandet), etter deres plassering på en dobbel- sidemodul (blandet avstand eller blandet). La oss vurdere de vanligste av dem, samt sekvensen av teknologiske operasjoner for hver type installasjon.

Typer installasjon

Overflatemontert

Overflatemontering på brettet kan være ensidig eller tosidig. Antallet teknologiske operasjoner i denne typen installasjon er minimalt.

For ensidig installasjon (fig. 4, a) påføres loddepasta på den dielektriske bunnen av brettet ved hjelp av silketrykk. Mengden loddemetall som påføres brettet må gi de nødvendige elektriske egenskapene til de svitsjede elementene, noe som krever passende kontroll. Etter posisjonering og fiksering av komponentene, utføres loddeoperasjonen ved å gjenflyte målt loddemetall. På slutten av den teknologiske syklusen overvåkes loddeforbindelser, samt funksjonell og i-kretsovervåking. I fig. 4a viser ulike typer overflatemonterte komponenter: relativt vanskelig å montere komponenter i PLCC og SOIC-pakker og lettmonterte brikkekomponenter.

Ris. 4. a, b

For dobbeltsidig overflatemontering (fig. 4, b) er ulike implementeringsmuligheter mulig. En av dem innebærer å starte den teknologiske prosessen med operasjonen med å påføre loddepasta på undersiden av brettet. Deretter påføres den beregnede dosen lim på stedene der komponentene er installert og komponentene er installert. Etter dette polymeriserer limet i ovnen og loddepastaen smelter. Brettet snus, loddepasta påføres og komponenter installeres på oversiden av brettet, og oversiden smeltes deretter sammen. I dette tilfellet brukes ensidige varmeovner til lodding av komponenter.

En annen implementering av dobbeltsidig overflatemontering bruker ovner med dobbeltsidig oppvarming.

Et interessant spørsmål er om det er nødvendig å påføre lim på brettet. Denne operasjonen utføres for å forhindre at komponenter skiller seg fra brettet når den snus. Eksisterende beregninger viser at de fleste komponenter ikke vil falle av brettet selv om det snus, siden de vil holdes på plass av overflatespenningskreftene til loddepastaen. Av denne grunn kan operasjonen med å påføre lim ikke anses som obligatorisk.

Installasjon med blandede avstander

Ved montering med blandede avstander er gjennomhullskomponenter (THT-komponenter) plassert på oversiden av brettet, og overflatemonterte komponenter er plassert på bunnen. I dette tilfellet er en dobbelbølgeloddeoperasjon obligatorisk. Installasjon av komponenter med blandet avstand er vist i fig. 5.

Ris. 5. Installasjon med blandede avstander

Implementeringen av denne typen installasjon innebærer følgende operasjonssekvens: lim påføres overflaten av brettet med en dispenser, som SMD-komponenter er installert på, limet polymeriseres i en ovn, hvoretter komponentene installeres i hull, modulen vaskes, og kontrolloperasjoner utføres.

Et alternativt alternativ er å starte monteringen ved å installere komponentene i bretthullene, etterfulgt av å plassere de overflatemonterte komponentene. Den brukes når støping og kutting av ledningene til konvensjonelle komponenter utføres ved hjelp av spesialverktøy på forhånd, ellers vil overflatemonterte komponenter gjøre det vanskelig å trimme ledningene som går gjennom hullene på brettet. Komponenter for overflatemontering med økt tetthet av plassering anbefales å montere først, noe som krever et minimum antall brettvendinger under produksjonsprosessen av produktet.

Blandet installasjon

Et eksempel på blandet montering er installasjon av både SMD- og TNT-komponenter (montert gjennomgående hull) på oversiden av brettet, og kun SMD-komponenter på undersiden. Dette er den vanskeligste typen installasjon (fig. 6).

Ris. 6. Blandet installasjon

Ulike alternativer for implementeringen er mulige. I en av dem påføres lim først på undersiden av kretskortet ved hjelp av en doseringsmetode, og SMD-komponenter installeres på det påførte limet. Etter å ha kontrollert installasjonen av komponenter, herdes limet i en ovn. Loddepasta påføres oversiden av brettet, og SMD-komponentene installeres deretter på den. Loddepasta kan påføres med både silketrykk og dispenseringsmetoder. I sistnevnte tilfelle kan operasjonene med å påføre lim og loddepasta utføres på samme utstyr, noe som reduserer kostnadene. Imidlertid er påføringen av loddepastaer ved dispenseringsmetoden uegnet for industriell produksjon på grunn av prosessens lave hastighet og stabilitet sammenlignet med silketrykk og er kun berettiget i fravær av en sjablong for produktet eller upraktisk produksjon. Denne situasjonen kan for eksempel oppstå under pilotproduksjonen av et stort utvalg elektroniske moduler, når kostnadene ved å produsere sjablonger er betydelige på grunn av det store antallet bearbeidede strukturer og små serier.

Etter å ha installert SMD-komponentene på oversiden av brettet, gruppeloddes de ved hjelp av reflow-metoden for loddepasta påført på en silkeskriver, eller ved dispenseringsmetoden. Etter denne operasjonen anses den teknologiske syklusen knyttet til installasjonen av overflatemonterte komponenter som fullført.

Deretter, etter å ha installert komponentene manuelt i hullene på brettet, loddes alle SMD-komponenter sammen, tidligere holdt på undersiden av brettet ved hjelp av herdet lim og allerede installerte blykomponenter.

På slutten av den teknologiske syklusen utføres visuell loddeinspeksjon og kontrolloperasjoner.

Med en annen implementering av blandet installasjon antas en annen operasjonssekvens. Det første trinnet er å påføre loddepasta gjennom en sjablong, installere komplekse overflatemonterte komponenter (SO, PLCC, BGA) på oversiden av brettet og smelte loddetinn med målt loddemetall. Deretter, etter at komponentene er installert i bretthullene (med passende trimming og stiftfeste), snus platen, lim påføres og komponenter med enkle overflatemonterte former (brikkekomponenter, SOT-komponenter) installeres. De og ledningene til komponentene som er installert i hullene, loddes samtidig med en dobbel loddebølge. Det er også mulig å bruke utstyr i en linje som gir effektiv lodding av komponenter (på oversiden av brettet) ved smelting av dosert loddemetall og lodding (på undersiden av brettet) ved bølgelodding.

Det skal bemerkes at i en teknologisk prosess som implementerer blandet installasjon, øker antallet kontrolloperasjoner på grunn av kompleksiteten til montering når det er komponenter på begge sider av brettet. Antall loddeforbindelser og vanskeligheten med å sikre kvaliteten øker også uunngåelig.

Enkeltsidig utføring og utenpåliggende montering

I praksis i verden kalles denne teknologien loddepasta reflow-teknologi (reflow) og er en av standardteknologiene innen overflatemonteringsteknologi (fig. 7).

Ris. 7. Enkeltsidig installasjon av SMD og TNT

Moduler av denne typen er satt sammen som følger: loddepasta påføres overflaten av brettet, som SMD-komponenter er installert på; Deretter smeltes pastaen i en ovn, THT-komponenter installeres, bølgelodding utføres, hvoretter den sammensatte modulen vaskes og inspiseres.

Enkeltsidig utgangsmontering

Teknologien for montering av slike trykte kretskort (fig. 8) er en standard monterings- og installasjonssyklus ved bruk av bølgelodding. Denne syklusen består av operasjonene med å installere blykomponenter, lodde dem på en bølgeloddemaskin og kontrollere operasjoner. Installasjon av komponenter kan være enten manuell eller halvautomatisk. Valget av utstyr bestemmes av ønsket ytelse. Automatisering av denne typen installasjon er minimal, og selve implementeringen er ekstremt enkel.

Ris. 8. Enkeltsidig installasjon av TNT

Denne publikasjonen er den første artikkelen i en serie dedikert til overflatemontering. Den logiske fortsettelsen vil være å fremheve spørsmålet om sammensetningen av produksjonslinjen som denne typen installasjon utføres på: behovet for hver type utstyr, dens tekniske egenskaper og rolle i den teknologiske prosessen, den nødvendige sammensetningen av personell og deres kvalifikasjoner, samt andre problemer som oppstår når du oppretter monterings- og installasjonsproduksjon .

Litteratur

1. Schmits J., Heiser G., Kukovski J. Ser inn i fremtiden. Teknologiske trender innen utvikling av elektroniske komponenter og montering av elektroniske moduler på trykte kretskort. Oversettelse og tilpasning av A. Kalmykov. Komponenter og teknologier, nr. 4, 2001.
2. www.pcbfab.ru.

Montering og forsegling av mikrokretser og halvlederenheter inkluderer 3 hovedoperasjoner: feste krystallen til bunnen av pakken, koble ledningene og beskytte krystallen fra det ytre miljøet. Stabiliteten til elektriske parametere og påliteligheten til sluttproduktet avhenger av kvaliteten på monteringsoperasjonene. I tillegg påvirker valg av monteringsmetode den totale kostnaden for produktet.

Feste krystallen til bunnen av saken

Hovedkravene for å feste en halvlederkrystall til bunnen av pakken er høy pålitelighet av forbindelsen, mekanisk styrke og, i noen tilfeller, et høyt nivå av varmeoverføring fra krystallen til underlaget. Tilkoblingsoperasjonen utføres ved hjelp av lodding eller liming.

Lim for montering av krystaller kan deles inn i to kategorier: elektrisk ledende og dielektrisk. Lim består av en limbinder og en filler. For å sikre elektrisk og termisk ledningsevne tilsettes sølv vanligvis til limet i form av pulver eller flak. For å lage varmeledende dielektriske lim, brukes glass eller keramiske pulvere som fyllstoff.

Lodding utføres ved hjelp av ledende glass eller metalllodninger.

Glassloddemetall er materialer som består av metalloksider. De har god vedheft til et bredt spekter av keramikk, oksider, halvledermaterialer, metaller og er preget av høy korrosjonsbestandighet.

Lodding med metallloddemidler utføres ved å bruke loddeprøver eller puter av en gitt form og størrelse (pre-former) plassert mellom krystallen og underlaget. I masseproduksjon brukes spesialisert loddepasta til montering av krystaller.

Koble til ledninger

Prosessen med å koble ledningene til krystallen til bunnen av pakken utføres ved hjelp av ledning, tape eller stive ledninger i form av kuler eller bjelker.

Trådinstallasjon utføres ved termokompresjon, elektrisk kontakt eller ultralydsveising med gull-, aluminium- eller kobbertråd/tape.

Trådløs installasjon utføres ved hjelp av "flip-chip" teknologi. Harde kontakter i form av bjelker eller loddekuler dannes på brikken under metalliseringsprosessen.

Før påføring av loddemetall passiveres overflaten av krystallen. Etter litografi og etsing blir kontaktputene til krystallen i tillegg metallisert. Denne operasjonen utføres for å lage et barrierelag, forhindre oksidasjon og forbedre fuktbarheten og vedheft. Etter dette dannes konklusjoner.

Bjelker eller loddekuler dannes ved elektrolytisk eller vakuumavsetning, fylling med ferdige mikrosfærer eller silketrykk. Krystallen med de dannede ledningene snus og monteres på underlaget.

Beskytter krystallen mot miljøpåvirkninger

Egenskapene til en halvlederenhet bestemmes i stor grad av tilstanden til overflaten. Det ytre miljøet har en betydelig innvirkning på overflatekvaliteten og følgelig på stabiliteten til enhetsparametere. denne effekten endres under drift, så det er veldig viktig å beskytte overflaten på enheten for å øke påliteligheten og levetiden.

Beskyttelse av halvlederkrystallen mot påvirkning av det ytre miljøet utføres i sluttfasen av montering av mikrokretser og halvlederenheter.

Forsegling kan utføres ved hjelp av et hus eller i en åpen ramme.

Hustetting utføres ved å feste husdekselet til basen ved hjelp av lodding eller sveising. Metall-, metall-glass og keramiske kasser gir vakuumtett forsegling.

Dekselet, avhengig av type kasse, kan loddes med glasslodder, metalllodder eller limes med lim. Hvert av disse materialene har sine egne fordeler og velges avhengig av oppgavene som løses.

For uemballert beskyttelse av halvlederkrystaller fra ytre påvirkninger brukes plast og spesielle støpemasser, som kan være myke eller harde etter polymerisering, avhengig av oppgavene og materialene som brukes.

Moderne industri tilbyr to alternativer for å fylle krystaller med flytende forbindelser:

1. Fylling med middels viskositet (glob-top, Blob-top)
2. Lage en ramme fra en høyviskositetsblanding og fylle krystallen med en lavviskositetsblanding (Dam-and-Fill).

Den største fordelen med flytende forbindelser fremfor andre metoder for krystallforsegling er fleksibiliteten til doseringssystemet, som tillater bruk av samme materialer og utstyr for forskjellige typer og størrelser av krystaller.

Polymerlim kjennetegnes av typen bindemiddel og typen fyllmateriale.

Bindemateriale

Organiske polymerer som brukes som lim kan deles inn i to hovedkategorier: herdeplast og termoplast. Alle er organiske materialer, men

avvike betydelig i kjemiske og fysiske egenskaper.

I herdeplaster, når de oppvarmes, blir polymerkjeder irreversibelt tverrbundet til en stiv tredimensjonal nettverksstruktur. Bindingene som oppstår i dette tilfellet gjør det mulig å oppnå høy klebeevne av materialet, men samtidig er vedlikeholdsevnen begrenset.

Termoplastiske polymerer herder ikke. De beholder evnen til å myke og smelte når de varmes opp, og skaper sterke elastiske bindinger. Denne egenskapen gjør at termoplast kan brukes i applikasjoner der vedlikehold er nødvendig. Klebeevnen til termoplastisk plast er lavere enn for herdeplast, men i de fleste tilfeller er det ganske tilstrekkelig.

Den tredje typen bindemiddel er en blanding av termoplast og herdeplast, som kombineres

fordelene med to typer materialer. Polymersammensetningen deres er et gjennomtrengende nettverk av termoplastiske og termoplastiske strukturer, som gjør at de kan brukes til å lage reparerbare skjøter med høy styrke ved relativt lave temperaturer (150 o C - 200 o C).

Hvert system har sine egne fordeler og ulemper. En av begrensningene ved å bruke termoplastiske pastaer er den langsomme fjerningen av løsemiddel under reflow-prosessen. Tidligere krevde sammenføyning av komponenter ved bruk av termoplastiske materialer en prosess med påføring av pasta (opprettholdt flathet), tørking for å fjerne løsemiddel og deretter montering av dysen på underlaget. Denne prosessen eliminerte dannelsen av hulrom i limmaterialet, men økte kostnadene og gjorde det vanskelig å bruke denne teknologien i masseproduksjon.

Moderne termoplastpastaer har evnen til å fordampe løsningsmidlet veldig raskt. Denne egenskapen gjør at de kan påføres ved dosering ved bruk av standardutstyr, og krystallen kan installeres på pastaen som ennå ikke har tørket. Dette etterfølges av et raskt lavtemperaturoppvarmingstrinn, hvor løsemiddelet fjernes og limbindinger dannes etter reflow.

I lang tid har det vært vanskeligheter med å lage svært termisk ledende lim basert på termoplast og herdeplast. Disse polymerene tillot ikke å øke innholdet av termisk ledende fyllstoff i pastaen, siden god vedheft krevde et høyt nivå av bindemiddel (60-75%). Til sammenligning: i uorganiske materialer kan andelen bindemiddel reduseres til 15-20%. Moderne polymerlim (Diemat DM4130, DM4030, DM6030) har ikke denne ulempen, og innholdet av termisk ledende fyllstoff når 80-90%.

Filler

Type, form, størrelse og mengde fyllstoff spiller en stor rolle for å lage et termisk og elektrisk ledende lim. Sølv (Ag) brukes som fyllstoff som et kjemisk motstandsdyktig materiale med høyest varmeledningskoeffisient. Moderne pastaer inneholder

sølv i form av pulver (mikrosfærer) og flak (skjell). Den nøyaktige sammensetningen, mengden og størrelsen på partikler velges eksperimentelt av hver produsent og bestemmer i stor grad de termiske, elektrisk ledende og klebende egenskapene til materialer. I applikasjoner hvor det kreves et dielektrikum med varmeledende egenskaper, brukes keramisk pulver som fyllstoff.

Når du velger et elektrisk ledende lim, bør du vurdere følgende faktorer:

• Termisk og elektrisk ledningsevne til limet eller loddetinn som brukes
• Tillatte teknologiske installasjonstemperaturer
• Temperaturer for påfølgende teknologiske operasjoner
• Mekanisk styrke på forbindelsen
• Automatisering av installasjonsprosessen
• Vedlikeholdbarhet
• Kostnad for installasjonsdrift

I tillegg, når du velger et lim for installasjon, bør du være oppmerksom på elastisitetsmodulen til polymeren, arealet og forskjellen i den termiske ekspansjonskoeffisienten til komponentene som kobles til, samt tykkelsen på limsømmen. Jo lavere elastisitetsmodulen er (jo mykere materialet er), jo større arealer er komponentene og jo større er forskjellen i CTE for komponentene som kobles sammen, og jo tynnere er limsømmen tillatt. En høy elastisitetsmodul begrenser minimumstykkelsen på limfugen og dimensjonene til komponentene som skal kobles sammen på grunn av muligheten for store termomekaniske påkjenninger.

Når du bestemmer deg for bruk av polymerlim, er det nødvendig å ta hensyn til noen teknologiske egenskaper ved disse materialene og komponentene som er koblet til, nemlig:

• dyse (eller komponent) lengde bestemmer belastningen på limfugen etter avkjøling av systemet. Under lodding ekspanderer krystallen og underlaget i samsvar med deres CTE. For større krystaller er det nødvendig å bruke myke (lav modul) lim eller CTE-tilpassede krystall-/substratmaterialer. Hvis CTE-forskjellen er for stor for en gitt brikkestørrelse, kan bindingen brytes, noe som får brikken til å delaminere fra underlaget. For hver type pasta gir produsenten som regel anbefalinger om maksimale krystallstørrelser for visse verdier av krystall-/substrat-CTE-forskjellen;

• bredden på formen (eller komponentene som skal kobles til) bestemmer avstanden som løsemiddelet i limet reiser før det forlater limlinjen. Derfor må krystallstørrelsen også tas i betraktning for riktig fjerning av løsemiddel;

• metallisering av krystallen og substratet (eller komponentene som skal kobles sammen) ikke obligatorisk. Vanligvis har polymerlim god vedheft til mange ikke-metalliserte overflater. Overflater må rengjøres for organiske forurensninger;

• tykkelsen på limsømmen. For alle lim som inneholder et termisk ledende fyllstoff, er det en minimum limfugetykkelse dx (se figur). En skjøt som er for tynn vil ikke ha nok bindemiddel til å dekke alt fyllstoffet og danne bindinger til overflatene som skjøtes. I tillegg, for materialer med høy elastisitetsmodul, kan tykkelsen på sømmen være begrenset av forskjellig CTE for materialene som skal sammenføyes. Vanligvis, for lim med lav elastisitetsmodul, er den anbefalte minste sømtykkelse 20-50 µm, for lim med høy elastisitetsmodul 50-100 µm;

• levetiden til limet før montering av komponenten. Etter påføring av limet begynner løsningsmidlet fra pastaen gradvis å fordampe. Hvis limet tørker, vil ikke materialene som sammenføyes bli fuktet eller limt. For små komponenter, hvor forholdet mellom overflateareal og volum av lim påført er stort, fordamper løsningsmidlet raskt og tiden etter påføring før montering av komponenten må minimaliseres. Som regel varierer levetiden før komponentmontering for ulike lim fra titalls minutter til flere timer;

• levetid før termisk herding av limet telles fra det øyeblikket komponenten er installert til hele systemet settes inn i ovnen. Med lang forsinkelse kan delaminering og spredning av limet forekomme, noe som påvirker materialets vedheft og varmeledningsevne negativt. Jo mindre komponentstørrelse og mengde lim som påføres, jo raskere kan det tørke. Levetiden før termisk herding av limet kan variere fra titalls minutter til flere timer.

Valg av wire, bånd

Påliteligheten til en wire/tape-tilkobling avhenger i stor grad av riktig valg av wire/tape. Hovedfaktorene som bestemmer betingelsene for bruk av en bestemt type ledning er:

Type skall. Forseglede kabinetter bruker kun aluminium eller kobbertråd fordi gull og aluminium danner sprø intermetalliske forbindelser ved høye forseglingstemperaturer. Men for ikke-forseglede kapslinger brukes kun gulltråd/tape da denne typen kapslinger ikke gir fullstendig tetting mot fuktighet, noe som resulterer i korrosjon av aluminium- og kobbertrådene.

Wire/båndstørrelser(diameter, bredde, tykkelse) tynnere ledere er nødvendig for kretser med små puter. På den annen side, jo høyere strømmen som strømmer gjennom forbindelsen, desto større tverrsnitt må lederne gis

Strekkstyrke. Tråd/strips utsettes for ytre mekaniske påkjenninger under påfølgende stadier og under bruk, så jo høyere strekkfasthet, jo bedre.

Relativ utvidelse. En viktig egenskap ved valg av ledning. For høye forlengelsesverdier gjør det vanskelig å kontrollere sløyfedannelse når du oppretter en ledningsforbindelse.

Velge en krystallbeskyttelsesmetode

Forsegling av mikrokretser kan utføres ved hjelp av et hus eller i en åpen ramme.

Når du velger teknologi og materialer som skal brukes på forseglingsstadiet, bør følgende faktorer tas i betraktning:

• Nødvendig nivå av boligtetthet
• Tillatte teknologiske tetningstemperaturer
• Chips driftstemperaturer
• Tilstedeværelse av metallisering av tilkoblede overflater
• Mulighet for bruk av fluks og spesiell installasjonsatmosfære
• Automatisering av forseglingsprosessen
• Kostnad for tetteoperasjon

Artikkelen gir en oversikt over teknologiene og materialene som brukes til å danne stiftledninger på halvlederskiver ved produksjon av mikrokretser.