Поверхностно-монтируемые компоненты и их упаковка

Общая характеристика технологии поверхностного монтажа

Технология сборки и монтажа блоков электронной аппаратуры с поверхностным монтажом

Современный этап развития ЭА характеризуется все более широким применением новейшей элементной базы — поверхностно монтируемых элементов: безвыводных "чиповых" резисторов и конденсаторов, миниатюрных корпусов БИС, пластмассовых и керамических кристаллоносителей и др., что позволяет отказаться от плат с металлизированными отверстиями, упростить установку элементов, повысить надежность электронных блоков. Технология поверхностного монтажа (SMT) получила официальное признание в 1985 г. и имеет следующие преимущества:

1) конструктивные:

· повышение плотности компоновки элементов в 4—6 раз;

· снижение массогабаритных показателей в 3—5 раз;

· повышение быстродействия и помехозащищенности элементов за счет отсутствия выводов;

· повышение виброустойчивости и вибропрочности блоков в 2 раза;

· повышение надежности блоков за счет уменьшения количества металлизированных отверстий, являющихся потенциальным источником дефектов;

2) технологические:

· автоматизация сборки и монтажа элементов и повышение производительности труда в десятки раз;

· исключение операций подготовки выводов и соответствующего оборудования;

· сокращение производственных площадей на 50 %;

· уменьшение затрат на материалы.

К недостаткам следует отнести ограниченную номенклатуру поверхностно-монтируемых элементов, их высокую стоимость, затрудненность отвода тепла, сложность контроля и ремонта.

При поверхностном монтаже применяют следующие виды корпусов:

1) простые корпуса для пассивных компонентов:

· прямоугольной формы, например резисторов и конденсаторов;

· типа MELF (Metal Electrode Face Bonded) с вмонтированными электродами в виде металлизированных торцов;

2) сложные корпуса для многовыводных полупроводниковых приборов:

· малогабаритный транзисторный (Small Outline Transistor — SOT);

· малогабаритный (Small Outline — SO) для интегральных схем;

· увеличенный малогабаритный (Small Outline Large — SOL) для интегральных схем;

· пластмассовые кристаллоносители с выводами (Plastic Leaded Chip Carrier — PLCC);

· безвыводные керамические кристаллоносители (Leadless Ceramic Chip Carrier — LCCC);

· керамические кристаллоносители с выводами (Leaded Ceramic Chip Carrier — LDCC);

3) различные нестандартные корпуса для компонентов неправильной формы, например индуктивностей и переключателей.

Большая часть чип-резисторов изготавливается методами толстопленочной технологии, которая включает отжиг смесей оксидов металлов и керамики (или стекла), нанесенных на керамические подложки с применением, например, шелкографии. Аналогично изготавливаются контактные площадки резисторов. Резисторы нередко покрываются пассивирующим слоем стекла. После лазерной подгонки и покрытия эпоксидным составом подложки разрезаются на отдельные чип-резисторы.

В корпусах типа MELF изготавливают кремниевые диоды, высокочастотные катушки индуктивности с постоянной индуктивностью, танталовые конденсаторы, металлопленочные резисторы и устройства защиты от перенапряжений, но в наибольших объемах производятся постоянные керамические конденсаторы и графитовые пленочные резисторы.

Транзисторный мини-корпус SOT применяется для корпусирования дискретных полупроводниковых приборов: одиночных биполярных и полевых транзисторов, диодов, стабилитронов и др. Корпус ТО-236 применяют для корпусирования кристаллов, имеющих площадь до 19,35 мм² и рассеиваемую мощность 200 мВт, а второй корпус, ТО-243, рассчитан на кристаллы площадью 38,7 мм², мощностью до 500 мВт при 25 °С. Оба корпуса очень просты по конструкции с тремя выводами: у ТО-236 выводы поочередно отходят от каждой из сторон корпуса, в то время как у ТО-243 они расположены по одну сторону корпуса, а центральный вывод — увеличенного размера для лучшего отвода тепла.

Интегральная схема в мини-корпусе SOIC/SOL напоминает уменьшенный вариант традиционного корпуса с двухрядным расположением ленточных выводов (типа DIP). Обычно мини-корпуса поставляются в 8, 14 и 16-выводном исполнении, при этом выводы имеют форму крыла чайки и расположены с шагом 1,27 мм (рис. 3.1, а). Большим преимуществом этого корпуса являются улучшенные массогабаритные характеристики по сравнению с его аналогом DIP: он на 70 % меньше по объему, на 30 % меньше по высоте, а масса такого корпуса составляет лишь 10 % массы его более крупного аналога. Кроме того, мини-корпус имеет лучшие электрические характеристики, определяющие скорость прохождения сигнала. Для переработки топологии обычной схемы на DIP-корпусах в вариант с использованием SOIC/SOL-корпусов нужно внести лишь небольшие изменения, так как разводка выводов одинакова, но общий размер платы может быть уменьшен.

а б в г

Рис. 3.1. Типы корпусов микросхем

Стандартный мини-корпус типа SO (рис. 3.1, б) имеет ширину 3,81 мм; существует также совершенно аналогичный корпус, называемый увеличенным вариантом, — SOL, который имеет ширину 7,62 мм. Количество выводов у этих корпусов колеблется от 16 до 28. Пластмассовый кристаллоноситель с выводами (PLCC), размещенными по всем четырем сторонам корпуса, обеспечивает большую плотность соединений и представляет собой почти правильный квадрат с количеством выводов от 18 до 84 (рис. 3.1, в). Шаг выводов у PLCC обычно составляет 1,27 или 0,635 мм, однако для некоторых сложных СБИС применяется также шаг 0,508 мм.

Корпус PLCC характеризуется наличием одного ряда выводов по периферии. Варианты конструкции PLCC с числом выводов до 52 имеют, как правило, гибкие J-образные выводы, загибаемые под корпус при монтаже.

Наиболее распространенным типом керамических корпусов для поверхностного монтажа является LCCC — безвыводной керамический кристаллоноситель. Конструктивно LCCC состоит из трех основных элементов: металлизированного керамического основания, металлической крышки и герметизирующего материала, чаще всего специального припоя. В углах корпуса отсутствуют контактные площадки, корпус имеет два ориентирующих ключа: один из них для оптического считывания, второй — в виде угловой фаски. Эти корпуса выбираются для ответственных применений, например в военной технике, аппаратуре связи и аэрокосмической технике, поскольку они могут быть высокогерметичными. Однако LCCC имеют существенные недостатки. Главным из них является рассогласование температурных коэффициентов расширения (ТКР) корпуса и стандартной стеклоэпоксидной платы, которое способствует образованию и развитию дефектов в местах пайки при жестком термоциклировании или высоком уровне рассеиваемой мощности. Кроме того, эти корпуса относительно дороги в производстве.

Керамические кристаллоносители с выводами (LDCC/CCC) позволяют решать проблему согласования ТКР, хотя они дороже, конструктивно более сложны и пригодны лишь для военных и других ответственных применений, где стоимость не является основным критерием выбора компонентов.

Корпус PGA имеет тонкие штыревые выводы, расположенные в матричном порядке (рис.3.1, г).

Дата добавления: 2014-01-07