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

Рис. 8.4. Температурно-временной режим для ПВП

Поэтому в каждом конкретном случае конструктор и технолог должны выбирать оптимальную плотность монтажа компонентов на КП, при которой осуществляется попадание припоя на каждый требуемый участок платы.

8.3. Корпуса для поверхностного монтажа

Корпуса для поверхностного монтажа примерно вдвое меньше своих аналогов, монтируемых в отверстия. В настоящее время за рубежом насчитывается более 25000 типономиналов в исполнении, пригодном для поверхностного монтажа, и все основные производители приспособили свои сборочные линии для установки таких корпусов. Большое разнообразие компонентов нуждается в стандартизации размеров корпусов, топологии контактных площадок и коммутации.

Разработка корпусов для навесных компонентов приблизилась к такой стадии, когда ее роль становится столь же важной, как и разработка самих компонентов. Существует большой набор корпусов для поверхностного монтажа, в которых устанавливают активные и пассивные компоненты, микросхемы, БИС, СБИС и микросборки.

Существующую классификацию корпусов можно разделить на еле дующие основные группы:

214

1.Простые корпуса для пассивных компонентов.

2.Сложные корпуса для многовыводных полупроводниковых приборов.

3.Различные нестандартные корпуса неправильной формы, на пример, индуктивностей и переключателей.

Существуют также другие типы конструкций корпусов, например, корпус для ИС с четырехсторонней разводкой выводов. Распространенным типом простого корпуса является безвыводной корпус прямоугольной формы (чип),применяемый для поверхностного монтажа пассивных компонентов резисторов и конденсаторов

(рис. 8.5)

Рис. 8.5. Конструкция и габаритные размеры прямоугольных чипов:1 – защитное покрытие; 2 – резистивный слой; 3 – контактная поверхность; 4 – керамическое основание

При монтаже прямоугольных чипов необходимо особое внимание уделять вопросам лайки на коммутационные платы. При этом очень важно выбрать топологию контактных площадок, которая, в основном, зависит от

215216

метода пайки, т. е. применяется ли пайка волной припоя или расплавлением дозированного припоя.

К сложным корпусам относятся: транзисторный миникорпус, интегральная схема в миникорпусе, пластмассовый кристаллоноситель с выводами, безвыводные керамические кристаллоносители и кристаллоносители с выводами.

Транзисторные миникорпуса типа SOT (рис. 8.6) применяются для корпусирования дискретных полупроводниковых приборов. К ним относятся корпуса ТО-236 (называемые также SOT-23) и ТО-243 (SОТ-89). Применение того или другого типа корпуса обусловлено мощностью, рассеиваемой прибором и размером полупроводникового кристалла. ТО-236 применяется для корпусирования кристаллов, имеющих площадь около 20 мм2, с рассеиваемой мощностью 200 мВт при 25 °С. Корпус ТО-243 рассчитан на кристаллы площадью около 40 мм2 при рассеивающей мощности до 500 мВт при 25 °С.

При соответствующей доработке подобных корпусов возможно повышение уровня рассеиваемой мощности, что обеспечивает помещение в такие корпуса для поверхностного монтажа мощные приборы, как, например, переключающее транзисторы и выпрямители без каких-либо особых изменений конструкции платы с целью улучшения ее теплоотвода.

Дискретные приборы в корпусах, предназначенных для ТПМК, могут быть установлены на печатной плате или подложке ГИС. Конструкция приборов рассчитана на групповые методы пайки, например, волной или расплавлением дозированного количества припоя. Внешний вид таких корпусов показан на рис. 8.6.

Рис. 8.6. Габаритные и присоединительные размеры корпусов в пластмассовой (а, б, в) и стеклянной (г) оболочках

Технология монтажа на поверхность и соответствующие микрокорпуса для ИС появились в промышленности Швейцарии в конце 60-х годов как средство миниатюризации электронных схем для часов. ИС в миникорпусе типа SO/SOL напоминает уменьшенный вариант

традиционного корпуса с двухрядным, расположением ленточных выводов (типа DIP). Как правило, миникорпуса поставляются в 8-, 14- и 16-выводном исполнении, при этом выводы расположены с шагом 1,27 мм (рис. 8.7).

Рис. 8.7. Корпус интегральной схемы типа SO (указаны максимальные размеры, мм)

В таких корпусах выпускается большинство типов ИС как малой, так и средней степени интеграции, включая стандартные промышленные аналоговые и цифровые схемы.

Ряд зарубежных фирм, в частности, Philips, выпускают корпуса типа SO с 40 и даже 56 выводами с шагом 0,762 мм.

Пластмассовые кристаллоносители с выводами представляют собой квадратные или прямоугольные корпуса. Они имеют выводы, расположенные по четырем сторонам, чаще всего с шагом 1,27 мм (для некоторых приборов это расстояние может составлять 0,635 или 0,508 мм). Пластмассовые кристаллоносители имеют от 18 до 84 выводов. Корпус этого типа с 44 выводами представлен на рис. 8.8.

218

Рис. 8.8. Конструкция, габаритные и посадочные размеры 44-выводного пластмассового кристаллоносителя типа А: 1 – зона маркировки на верхней поверхности

Примечание: Указаны максимальные размеры, мм

Конструкции корпусов с числом выводов до 52 имеют, как правило, гибкие J-образные выводы, загибаемые под корпус при монтаже. Такая конфигурация выводов удобна для массового производства, т. к. исключает повреждения корпуса при работе с ним и обеспечивает возможность автоматизации монтажа.

За рубежом, особенно в США, широко используются керамические кристаллоносители (рис. 8.9) Эти кор-

219

пуса выпускаются с лужеными выводами (стандарт) и золочеными (по заказу).

Рис. 8.9. Конструкция и габаритные размеры корпуса ИС типа Flat Pack

Примечание: Указаны максимальные размеры, мм

Рис. 8.10. Конструкция, габаритные и присоединительные размеры стандартных керамических кристаллоносителей фирмы JEDEC

Примечание: Указаны максимальные размеры, мм

220

Наиболее распространенным: типом керамических корпусов для поверхностного монтажа является безвыводной керамический крис-таллоноситель (рис. 8.10). Корпус состоит из металлизированного керамического основания и металлической крышки. Его герметизация осуществляется с помощью золотооловянного припоя.

Безвыводные кристаллоносители имеют ряд положительных показателей. Они занимают площадь на плате в шесть раз меньше, а их масса в десять раз меньше обычных корпусов DIР. Индуктивность и сопротивление их существенно ниже, а сигнальные тракты короче, чем у DIP. Монтаж таких корпусов на платы осуществляется пайкой расплавлением дозированного припоя.

Керамические кристаллоносители с выводами обеспечивают согласование соединяемых элементов с разными ТКЛР. Основной их недостаток - более сложная конструкция, повышенная себестоимость изготовления (применяются вответственных изделиях, где стоимость не является основным критерием выбора компонента).

По прогнозам зарубежных специалистов, сверхмноговыводные изделия (при очень малом шаге выводов, около 0,254 мм) традиционными методами сборки и монтажа производить нецелесообразно. Для таких изделий рекомендовано использовать проводящие адгезивы или лазерную пайку расплавлением дозированного припоя.

8.4. Контактные площадки для поверхностного монтажа

При монтаже прямоугольных чипов особое внимание уделяют пайке на коммутационные платы. Качество паяных соединений во многом зависит от топологии контактных площадок. В свою очередь, как было отмечено в предыдущем разделе, топология контактных площадок определяет и способ пайки: волной припоя или расплавлением дозированного припоя. Необходимо также учи-

221

тывать в разработках материал выводных контактных площадок чипов. Например, для предотвращения выщелачивания серебра на контактных площадках чипа в процессе пайки рекомендуется предварительно покрывать их никелем, выполняющим роль защитного барьера при пайке. Технология фирмы

Мерcо/Electга использует слои материалов на контактных площадках чипов в следующей последовательности: серебро, никель, припой. При сборке отдается предпочтение луженым контактам перед нелужеными.

На рис. 8.11 представлены топологии контактных площадок для пайки резисторов и керамических конденсаторов в различные корпуса (фирма Signetics).

а) б)

Рис. 8.11. Размеры контактных площадок для поверхностного монтажа резисторов и многослойных керамических конденсаторов при различных способах пайки: а – расплавлением дозированного припоя; б – волной припоя

Примечание: габаритные размеры указаны для корпусов типа R/C1206

На рис. 8.12 показаны размеры контактных площадок для монтажа транзисторов.

Контактные площадки для посадки прибора должны иметь достаточную площадь. Например, фирма Philips рекомендует определенную конфигурацию контактных площадок

(рис. 8.13).

Таким образом, технология поверхностного монтажа компонентов обладает важнейшим критерием прогрессивности: обеспечивает миниатюризацию аппаратуры при одновре-

222

менном росте ее функциональной сложности. Изготовление устройств на ИС, размещенных в

корпусах для ТПМК,по сравнению с корпусами типа DIP имеет следующие показатели:

–стоимость устройства сокращается в 4 раза;

–объем уменьшается в 8 раз;

–масса уменьшается в 2 – 5 раз;

– площадь, занимаемая корпусами, уменьшается в 2 раза.

Следует отметить, что в ТПШ используются корпуса типа DIP (более малых размеров), а также специально разработанные конструкции, отличающиеся формой тела и расположением выводов (рис. 8.14). В некоторых вариантах корпусов вместо выводов используют выводные контактные площадки (рис. 8.14, е).

Рис. 8.12. Размеры контактных площадок для поверхностного монтажа транзисторов в корпуса при различных способах пайки: а – в корпусе SOT-23; б – в корпусе

223