Материал: Сборочные операции и их контроль в микроэлектронике. Балашов Ю.С., Зенин В.В

кой чувствительностью и в то же время быть экономичными. Применяемые в полупроводниковом производстве методы и средства контроля разделяют на три основные группы.

К первой группе относят компрессионнотермический (масляный), компрессионный, а также вакуумно-жидкостный методы, при которых утечку газа через неплотности или микроотверстия определяют созданием в контролируемом объекте избыточного давления.

Ко второй группе относятся радиоактивный и масс-спектрометрический методы, при которых непосредственно определяют герметичность контролируемых изделий или помещают их вакуумную камеру, регистрируя изменение предварительно созданного в них разрежения, происходящего из-за проникновения пробного газа.

Третья группа включает в себя бомбовый, ацетоновый и влажностный методы проверки герметичности. Эти методы основаны на изменении (ухудшении) электрических параметров ИЭТ при попадании жидкости в их корпуса. При бомбовом методе готовые полупроводниковые приборы подвергают опрессовке в жидкой среде, которая, проникает внутрь негерметичного корпуса, резко ухудшает их электрические параметры. При ацетоновом методе, являющемся разновидностью бомбового, вместо опрессовки ограничиваются выдержкой приборов в ацетоне при атмосферном давлении. При влажностном методе приборы определенное время выдерживают в условиях повышенной влажности. Влага, приникая сквозь неплотности корпусов (если они имеются), ухудшает параметры приборов.

Одним из вариантов ускоренных испытаний ка-

чества герметизации металлопленочных резисторов с помощью эпоксидных смол является воздействие на изделия электрического напряжения. Согласно этому методу на поверхность герметизирующего покрытия из эпоксидной смолы наносится слой металла и между ним и резистивным слоем включается напряжением 100 В. Резисторы на 10 суток помещают в камеру с влажностью 95 – 98 % и температурой 25 – 75 °С. После окончания испытаний определяется изменение сопротивления каждого резистора, обусловленного электрохимической коррозией резистивного слоя. Испытания проводятся с большой партией резисторов, а критерием оценки служит показатель, вычисляемый по формуле

где N – число испытываемых резисторов; F – число резисторов с отключением сопротивления Ri > 0,4 %. При этом такие резисторы призна-

ются непригодным.

Наиболее чувствительным является радиоактивный метод. Приборы, подлежащие испытанию, герметизируются в атмосфере сжатого радиоактивного газа (например, Kr 85). При испытании с помощью счетчиков регистрируется интенсивность гамма-излучения газа, вытекающего из корпуса. Этот метод используется только в экстремальном производстве (отработка конструкции корпуса или технологии герметизации).

Масс-спектрометрический метод основан на обнаружении гелиевым течеискателем гелия, предварительно введенного в корпус прибора. Технология испытаний заключается в следую-

8. Поверхностный монтаж компонентов

8.1. Особенности поверхностного монтажа

Термин «технология поверхностного монтажа» является общим обозначением нового направления в области электроники, включающего и технику корпусирования компонентов. Для поверхностного монтажа используются компоненты, в основном, намного меньших размеров, чем традиционные эквиваленты, монтируемые в отверстия. Такие компоненты непосредственно закрепляются на верхней (или нижней) стороне коммутационной платы (КП) при совмещении их выводов или внешних контактов с контактными площадками.

Технология поверхностного монтажа способствовала появлению множества новых портативных потребительских изделий: видеокамеры высокого разрешения, переносимые телефоны, калькуляторы, малогабаритные компьютеры и т. д.

Этот метод сборки компонентов характеризуется следующими особенностями: более высокой плотностью монтажа на единицу площади коммутационной платы, что дает снижение массогабаритных показателей при том же уровне функциональных возможностей; увеличение числа выводов корпуса

расположение и реализации монтажноментов плат. Следует технологического составлять от 0,025 – имеют ширину и будущем потредорожек и

.

в производство РЭА монтажа.

, с одной или с двух изготовителей, используюодносторонним мон-

монтаж навесных комповерхность платы, и в быть три подхода: с набор компонентов обоих типов, а с дру- ; компоненты обоих

2 – входной контроль навесных компонентов; 3 – все ли компоненты монтируются на поверхность; 4 – нанесение припойной пасты; 5 – установка навесных компонентов; 6 – пайка оп-

8 – переворот КП; 9 – очистка платы после пайки; 10 – контроль качества смонтированной платы; 11 – имеются ли дефекты на смонтированной плате; 12 – регенерация платы (ремонт); 13 – приемосдаточные испытания и последующие операции; 14 – будет ли вестись монтаж на верхнюю поверхность; 15 – нанесение припойной пасты, установка компонентов, пайка расплавлением дозированного припоя; 16 – разнесен ли смешанный монтаж; 17 – установка навесных компонентов в отверстия платы; 18 – будет ли вестись монтаж на нижнюю поверхность платы; 19 – переворот КП, нанесение клея, установка компонентов для ТПМК, отверждение клея; 20 – установка компонентов в отверстия; 21 – пайка волной припоя

Многие методы микроконтактирования в ТПМК для обеспечения, в первую очередь, электрического соединения навесных компонентов с контактными площадками реализуются с использованием различных способов пайки. Для пайки на коммутационных платах компонентов в ТПМК обычно применяется расплавление дозированного припоя. Для обеспечения качественных микросоединений необходимо тщательное изучение физико-химических процессов, протекающих при пайке. В производстве обычно выбирают наиболее приемлемые методы и режимы пайки, а также соответствующее оборудование после предварительных экспериментальных исследований. Эксперименты являются неотъемлемой частью процесса совершенствование конструкции изделия с учетом особенностей пайки.

Для поверхностного монтажа компонентов на КП применяются следующие методы: пайка волной припоя, пайка расплавлением дозированного припоя в парогазовой среде при нагреве излучением, пайка методом контактного нагрева и с использованием электропроводящих клеев.

В настоящее время метод пайки волной припоя оказался эффективным, в основном, при реализации смешанных вариантов сборки и монтажа изделий. Пайка расплавлением дозированного припоя в парогазовой фазе уступает место пайке с инфракрасным нагревом, лазерная же пайка пока не получила распространения.

Реализация ТПМК с применением эластичных электропроводящих клеев дает некоторое преимущество в сравнении с методами, использующими припои. Так, клеи лучше выдерживают механические напряжения, более пластичны. Основной недостаток данного метода – недостаточная прочность спая компонента с контактной площадкой платы.

8.2. Пайка волной припоя (ПВП)

Этот метод в настоящее время достаточно хорошо освоен в ТПМК. На практике было установлено, что качество паяных соединений в значительной степени определяется геометрическими размерами волны, скоростью и другими ее характеристиками. Следует иметь ввиду, что по мере увеличения плотности монтажа возрастает и вероятность возникновения перемычек между проводниками при пайке, так называемое шунтирование элементов. Для предотвращения этого сразу после ПВП, когда припой еще находится в расплавленном состоянии, применяют специальный дешунтирующий «нож» (рис. 8.2), направляющий струю горячего воздуха (или другого газа) в месте пайки. Такой «нож» (а иногда и несколько) служит также и для очистки после пайки.

Рис. 8.2. Специальный дешунтирующий нож, используемый для очистки смонтированных плат от излишков припоя после ПВП: 1 – направление движения КП; 2 – струя горячего воздуха; 3 – дешунтирующий нож

В настоящее время разработано оборудование и приспособления (в частности, сопла) для ПВП, которые позволяют получать управляемую высокоскоростную (90 см/с) волну припоя. Пайка на таком оборудовании не оставляет перемычек между проводниками, расположенными с шагом 0,15 мм и более.

Первая волна формируется турбулентной и узкой, она исходит из сопла под большим давлением (рис. 8.3). На этом этапе обеспечивается полное смачивание и оплавление всех контактных точек на плате. Турбулентность и высокое давление потока припоя способствуют получению качественных соединений, исключая формирование полостей с лазообразными продуктами разложения флюса. Однако, турбулентная волна все же образует перемычки припоя, которые разрушаются второй, более пологой, с меньшей скоростью истечения. Вторая волна удаляет излишки припоя и устраняет перемычки, а также завершает формирование галтелей.

Рис. 8.3. Схематическое представление процесса пайки двойной волной припоя

Каждая волна формируется с помощью специальной щели и магнитного поля, направленного вертикально относительно поверхности припоя, поэтому амплитуда волны, а следовательно, и высота пайки регулируются автоматически. Наклон конвейерной ленты с платами под углом 7 – 10° обеспечивает лучшее смачивание припоем паяемых участков. Рекомендуемый температурновременной режим всего процесса микроконтактирования представлен на рис. 8.4.

Пайку двойной волной припоя наиболее целесообразно применять для одного типа КП: с традиционными компонентами на лицевой стороне и монтируемыми на поверхность простыми компонентами (чипами и транзисторами) на обратной. Некоторые компоненты для ТПМ (даже пассивные) могут быть повреждены при погружении в припой во время пайки.