5Q&. 7. Поверхностный монтаж микросхем
Рациональное использование площади коммутационных плат, автоматизация технологических операций и снижение стоимости производственного процесса являются основными тенденциями в создании современной функционально сложной и надежной РЭА.
Эти требования наилучшим образом выполняются при использовании сложных микросхем (СИС, БИС, СБИС) в конструктивном исполнении, пригодном для поверхностного монтажа. На рис. 69 и рис.70 показаны конструкции корпусов типа Е. Они имеют одиннадцать типоразмеров с числом выводов от 16 до 156. Материал корпуса - пластмасса или стеклокерамика. Форма выводов двух вариантов: первый в виде петли, подогнутой под прибор (рис.69), второй - ступенчатый, отходящий в сторону от прибора (рис.70). За рубежом эти выводы известны как /образный и «крыло чайки». Вывод н образный занимает меньшую полезную площадь и меньше подвергнут повреждениям. Вывод типа «крыло чайки» обеспечивает лучший визуальный контроль паяных соединений.
Микросхемы в пластмассовых корпусах типа Ф (рис. 71) имеют от 6 до 28 выводов. Выводы микросхем гибкие, ступенчатые, шаг между выводами 1,25 мм. При применении микросхем в корпусах типа Е и Ф не возникает проблемы согласования коэффициентов линейного расширения, они могут устанавливаться на коммутационные платы из любых материалов.
М
Рис. 70. Корпус типа Е Выводы типа «крыло чайки»
Рис. 69. Корпус типа Е.
Выводы у'-ооразные
икросхемы в керамических корпусах типа Н имеют две модификации: безвыводную (рис. 71) и с сформированными выводами по периметру корпуса. Число выводов от 16 до 156. Микросхемы устанавливают на керамические и композиционные коммутационные платы с внутренними металлическими слоями для компенсации различного линейного расширения материалов. Платы такого типа не отвечают концепции дешевой конструкции сборочных единиц аппаратуры.М
Рис.72. Безвыводный корпус типа Н
Рис. 71. Корпус типа Ф
икросхемы в корпусах четвертого типа соответствуют условиям поверхностного монтажа, но так же, как выводные корпуса типа Н, требуют дополнительной операции - формовки выводов. Эти микросхемы давно применяются в аппаратуре.С увеличением числа выводов корпуса заметное влияние на характеристики микросхемы оказывают межвыводная электрическая емкость, омические и индивидуальные сопротивления внутренних металлизированных дорожек от кристалла к внешним выводам корпуса. Малогабаритные корпуса для поверхностного монтажа обладают лучшими электрическими характеристиками, так как более короткие и лучше согласующиеся связи приводят к уменьшению их сопротивления и межвыводной емкости. При поверхностном монтаже все обстоит иначе: небольшая часть вывода свободно лежит на контактной площадке коммутационной платы, а соединение осуществляется оплавлением припоя. К тому же механическая прочность паяного соединения становится критичной к термическим напряжениям, возникающим в соединении из-за различных ТКР материалов вывода и коммутационной платы. Качество паяного соединения определяется формой и размерами монтажных площадок коммутационных плат, размерами выводных площадок и выводов корпусов микросхем, их материалами. Площадь монтажной площадки платы должна быть достаточной для размещения на ней вывода или выводной площадки микросхемы и нанесения дозированного количества припойной пасты. Рекомендуемый размер монтажной площадки (1,6...1,8)х0,6 ± 0,1 мм. При шаге выводов 1,25 мм, ширине и интервалах металлизированных дорожек 0,2...0,25 мм расстояние между монтажными площадками должно быть 0,635 мм. Это дает возможность выполнить разводку между монтажными площадками и исключить случаи образования перемычек из припоя между соседними участками металлизации.
Паяное соединение заливной формы с образованием галтели припоя определяется зазором в месте пайки вывода или выводной площадки корпуса и монтажной площадкой коммутационной платы. Величины зазора зависят от плоскостности выводов и выводных площадок корпуса по отношению к установочной плоскости и плоскостности монтажных площадок коммутационной платы. Хорошие результаты пайки достигаются при зазоре
05...0,15 мм и планарности части вывода 50 мкм.
Качество монтажа во многом определяется качеством и свойствами коммутационных плат, которые зависят от множества факторов, таких как состояние поверхности,
плоскостности и параллельности, толщины припоя на монтажных площадках, совместимости материала платы с материалом корпуса и выводов микросхем. В настоящее время широко используются стеклоэпоксидные платы (СФ-2Н-50, СФ-1) и начали применяться платы из керамики (ВК-94). Одним из достоинств керамических плат являются примерное равенство ТКР керамики ВК-94 и ковара, хорошая теплопроводность и технологичность керамики. Температурный коэффициент расширения ВК-94 равен (6,5...8) • 10~б 1/град, а для СФ-2Н-50 он составляет (15...18) | 10 1/град. Керамические корпуса типа Н рекомендуется устанавливать на керамические платы.
^[Технологический процесс поверхностного монтажа состоит из трех основных бпераций:
Нанесение припойной пасты на монтажные площадки коммутационной платы.
Установка микросхем на монтажные площадки.
Групповая пайка методом оплавления припоя. ~j
Припойная паста представляет суспензию металлического припойного сплава в связующем веществе флюса. Сплав удерживается во флюсе в виде частиц металла. Форма и размер частиц определяются в зависимости от способа нанесения пасты на монтажные площадки коммутационной платы. Сплав состоит из 37...40 % свинца и 60...63 % олова. Масса сплава составляет 85...90 % массы пасты. Флюс образован из смолы (60%) и смеси ингредиентов типа активаторов, растворителей, сгустителей и смазочного масля. Припойную пасту необходимо предохранять от окисления. Если припайный сплав в пасте окислен, то при расплавлении на соединяемых поверхностях образуются отдельные шарики припоя. Напротив, неокисленная паста образует единую сферическую поверхность. Хранить пасту рекомендуется при температуре 2...5°С в среде азота.
Припойная паста выполняет несколько функций. Консистенция пасты такова, что она удерживает микросхемы на коммутационной плате и в процессе пайки. Когда паста расплавляется, силы поверхностного натяжения совмещают выводы микросхемы с монтажными площадками. Одновременно создается электрическое н механическое соединение поверхностей.
Нанесение припойной пасты на коммутационную плату рекомендуется производить через маску. Маска представляет собой металлическую фольгу, на которой протравлен нужный рисунок. Через полностью открытые окна припойная паста свободно и равномерно растекается по поверхности коммутационной платы. Количество наносимой припойной пасты регулируется толщиной фольги. Качественные паяные соединения обеспечиваются при толщине слоя припойной пасты от 127 до 254 мкм.
После нанесения пасты следует немедленно установить микросхемы на монтажные площадки. Установка производится вручную или автоматическим укладчиком. Точность установки должна обеспечить совмещение 60...70 % ширины вывода микросхемы с монтажной площадкой. После установки микросхем коммутационную плату следует подвергнуть сушке при температуре 50...80°С с целью выпаривания влаги из припойной пасты для исключения кипения флюса и растворителя при пайке оплавлением и уменьшения потенциального образования пор и пустот в полном соединении.
Существует несколько методов оплавления заранее нанесенного припоя: конденсационный (в паровой фазе); электронагревом (контактное и бесконтактное); инфракрасным нагревом; лазерной пайкой; пайкой нагретьм газом.
Метод оплавления припоя в паровой фазе заключается в передаче скрытого тепла конденсации коммутационной плате с установленными на ней микросхемами. Тепло- несущей средой является фтороуглеродистое соединение в стадии насыщенного пара при температуре 215°С. Технология пайки предусматривает предварительный нагрев коммутационной платы до 100 °С перед вводом ее в камеру с фтороуглеродом. В камере происходят быстрый и равномерный нагрев платы и оплавление припоя. Метод | высокопроизводительный, с высокой точностью поддержания температуры. Недостаток метода заключается в высокой стоимости оборудования и теплоносителя.
Экзаменационные вопросы по радиомонтажной практике.
Сущность пайки
Из предлагаемых ответов выбрать правильное сочетание, характеризующее высокое и стабильное качество паянных соединений.
какие факторы обеспечивают хорошую смачиваемость соединяемых поверхностей.
Из ниже перечисленных факторов выбрать те, которые влияют на выбор марки припоя.
Какими свойствами должны обладать флюсы, что бы обеспечить высокое качество пайки.
Перечислить дефекты пайки.
Основные различия между мягкими и твёрдыми припоями.
Требования к паяльнику.
По каким параметрам выбираются монтажные провода (МП).
С какой изоляцией можно применять провода МП в тяжёлых климатических условиях, сопровождающихся резкими изменениями температуры и влажности.
11 .Чем определяется шаг вязки жгута.
Перечислить способы маркировки концов проводов жгутов.
Перечислить основные параметры резисторов.
Какие материалы применяются для изготовления обмоток проволочных резисторов.
Какие резисторы используются в устройствах для измерения малых токов.
16.Что служит токопроводящим элементом в непроволочных постоянных резисторах.
17.По каким законам может изменяться сопротивление в переменных непроволочных резисторах.
18.0т чего зависит ёмкость конденсатора.
Перечислить основные параметры конденсаторов.
Какой материал используется в качестве диэлектрика в конденсаторах постоянной ёмкости.
21 .В каких конденсаторах может проявляться пьезоэлектрический эффект.
Как разделяются конденсаторы переменной ёмкости в зависимости от угла поворота оси.
Какой вид катушек индуктивности применяется для получения резонансных контуров.
Для чего в катушках индуктивности применяют магнитные сердечники.
Для чего применяются согласующие трансформаторы.
Почему полупроводниковые диоды могут быть использованы в качестве выпрямителей.
Почему в диодах СВЧ используют точечный контакт металлической пружины с поверхностью полупроводниковой пластины.
Какой из полупроводниковых диодов может быть использован в качестве электрической управляемой ёмкости.