43 Общие сведения

17. Физико-химические основы технологии неразъемных соединений

17.1. Общие сведения

При сборке радиоэлектронных элементов, функциональных устройств и систем, т.е. соединении их в единое законченное изделие, часто используются неразъемные соединения(НС), обеспечивающие заданную степень надежности электрического и механического контактов. Такие контакты в зависимости от назначения и условий эксплуатации должны отвечать ряду требований. Например, если контакт создается для электрической коммутации системы, то он должен обладать хорошими электрическими свойствами, основным из которых является минимальное значение переходного электросопротивления. Контакт двух и более конструктивных элементов ЭС может формироваться, например, для герметизации корпусов микроэлектронных устройств. В этом случае основное требование к соединению - герметичность, т.е. отсутствие пор, отверстий, трещин и т.п. Иногда неразъемные соединения используются в ЭС для чисто механического сочленения конструктивных элементов изделия. Этот случай является предметом технологии неразъемных соединений в машиностроении.

Наиболее распространенными методами создания НС являются сварка, пайка, накрутка и клейка. Эти методы применяются как для формирования электрических, так и механических соединений.

Электрические соединения производятся на четырех конструктивно-технологических уровнях:

1) внутрисхемные соединения в ИМС;

2) соединения ИМС и других электронных устройств внутри корпусов;

3) контактирование отдельных устройств на печатных платах (ПП);

4) коммутация ПП и типовых элементов замены (ТЭЗ).

Для соединения внешних выводов кристаллов полупроводниковых ИМС с их корпусами используется главным образом сварка, в гибриднопленочных ИМС и микросборках часто, а в ПП преимущественно - пайка. Накрутка производится на более высоком уровне - жгутовом соединении блоков ЭС. Склеивание применяется в основном для монтажа и крепления паяемого или свариваемого соединения, а также механического (там, где этот способ более эффективен, чем пайка и сварка, или последние невозможно осуществить), иногда клейка применяется для создания электрического контакта (клейка контактолами).

При создании любых НС к соединяемым поверхностям предъявляются жесткие требования в отношении их физической и химической чистоты, степени шероховатости, а также природы свариваемых или паяемых материалов, так как эти факторы влияют на качество соединения. Выбор соединяемых материалов ограничен конструкцией изделия и, как правило, не может быть изменен без серьезных причин, тогда как набор методов очистки соединяемых поверхностей достаточно широк.

Важнейшими аспектами проблемы создания НС в ЭС являются обеспечение хорошего электрического контакта (с минимальным переходным сопротивлением) и надежного (механически прочного) сцепления соединяемых элементов конструкций, а также стабильность этих параметров в различных условиях эксплуатации.

Часто считают, что любое соединение является годным с электрической точки зрения, если общая площадь контактной поверхности равна или больше площади поперечного сечения соединяемых проводников. Это верно только в том случае, когда зона контакта имеет ту же (близкую) структуру, что и соединяемые материалы. Если же физико-химическая природа зоны контакта и соединяемых материалов различна, то правильнее выбрать критерием качества электрического контакта (соединения) отношение плотности тока J_c, протекающего через соединение, к плотности токаJ_м, протекающего через соединяемые материалы. В этом случае учитывается не кажущаяся, а эффективная площадь поверхности соединения. Условие качественного электрического контакта

J_с/J_м > 1. (17.1)

Для улучшения электрического контакта при соединении материалов применяют специальные электропроводящие материалы в качестве дополнительного промежуточного слоя (припоя, проводящего клея и т.д.).

При образовании электрического соединения к собственному сопротивлению проводника RМе добавляется переходное сопротивление Rп, возникающее за счет появления неоднородностей в соединительном слое, а также сопротивление третьего (соединяющего) материала Rс.м. Следовательно, общее сопротивление области соединения

R_общ = R_Ме + R_п + R_с.м. + R_пл, (17.2)

где R_пл- сопротивление оксидных и других пленок на поверхности контакта.