WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 |
-- [ Страница 1 ] --

СУСКИН В.В.

ОСНОВЫ ТЕХНОЛОГИИ ПОВЕРХНОСТНОГО МОНТАЖА Рязань 2001

СУСКИН В.В.

ОСНОВЫ ТЕХНОЛОГИИ ПОВЕРХНОСТНОГО МОНТАЖА Рязань 2001 УДК 621.284:396.6 Сускин В.В.

Основы технологии поверхностного монтажа :

- Рязань, Изд-во Узорочье, 2001. – 160 с., ил.

Излагаются основы современной технологии – технологии поверхностного мон тажа компонентов на печатные платы при изготовлении электронных средств. Рас сматриваются отечественная элементная база, выбор топологии знакоместа для обеспечения качественного паяного соединения компонентов на печатной плате, правила проектирования топологии печатного рисунка, материалы печатных плат, виды монтажа и пайки компонентов, проблемы качественного функционирования изделий, ремонт изделия, трафаретный способ нанесения пасты, оборудование для трафаретной печати, вопросы, связанные с технической подготовкой производства.

Работа предназначена для студентов вузов специальности «Проектирование и технология радиоэлектронных средств», а также для инженеров конструкторов технологов предприятий, занимающихся развитием технологии поверхностного монтажа.

РЕЦЕНЗЕНТЫ: Д.т.н., профессор, Л.И. Захарьящев, зав. кафедрой конструиро вания и производства радиоэлектронной аппаратуры;

к.т.н., член-корреспондент МАИ А.И. Худыш, генеральный директор ЗАО ФЛАНТ;

к.ф-.м.н., С.П. Борисов ский, директор НПЦ ОАО ПЛАЗМА;

к.т.н., С.В. Румянцев, технический директор ОАО Завод «Красное знамя»;

А.С. Ким, главный технолог ОАО Завод «Красное знамя» ВИКТОР ВАСИЛЬЕВИЧ СУСКИН ОСНОВЫ ТЕХНОЛОГИИ ПОВЕРХНОСТНОГО МОНТАЖА ВВЕДЕНИЕ Термин технология поверхностного монтажа (ТПМ) компонентов является обо значением нового направления в технологии производства электронных средств, которое обеспечивает микроминиатюризацию аппаратуры при одновременном рос те ее функциональной сложности, что отвечает требованиям современного рынка.

Основной предпосылкой появления ТПМ является новая элементная база - компо ненты для поверхностного монтажа, которые намного меньше, чем их традицион ные (DIP) эквиваленты, монтируемые в отверстия. Вместо длинных выводов они имеют очень короткие выводы или просто внешние контактные площадки. Такие компоненты непосредственно закрепляются на верхней или нижней (или обеих) сторонах печатной платы (ПП). Появление новой элементной базы обеспечивает:

- более высокую плотность монтажа на единицу площади ПП не только за счет уменьшения площади, занимаемой компонентами, но и благодаря устранению монтажных отверстий;

- снижение массогабаритных показателей при той же функциональной сложно сти;

- уменьшение величины паразитных индуктивностей и емкостей, что особенно важно в СВЧ- устройствах;

- отсутствие операций формовки и обрезки выводов компонентов повышает тех нологичность конструкций;

- унификацию и стандартизацию корпусов компонентов, что позволяет полно стью автоматизировать технологический процесс с высокой надежностью;

- уменьшение расхода материала, улучшение электрических характеристик схем за счёт сокращения длины проводников, исключение операций сверления и метал лизации монтажных отверстий, что улучшает и механические характеристики плат;

- применение двухстороннего монтажа компонентов.

За указанными достоинствами ТПМ скрываются значительные недостатки при веденной технологии:

- устройства, изготовленные по ТПМ менее удобные, чем традиционные, для проверки, испытаний и ремонта из-за малого шага выводов компонентов, высокой плотности корпусов;

- остро стоит проблема теплоотвода, вследствие малого расстояния между кор пусами компонентов, когда количество выделяемого тепла на единицу площади ПП резко увеличивается;

- при эксплуатации устройств повышается роль несогласованности температур ных коэффициентов линейного расширения материалов ПП и компонентов.

Несмотря на указанные недостатки, ТПМ все больше и больше завоевывает свою популярность на рынке продукций, поскольку эти изделия качественнее своих ана логов, изготовленных по классической DIP-технологии. Данное положение застав ляет предприятия пересмотреть свое производство и сориентировать его на прогрес сивную технологию, однако при этом возникают ряд трудностей, основными из ко торых является отсутствие подготовленных кадров в области ТПМ и отсутствие в отечественной литературе учебного и справочного пособия по данной технологии.

Поэтому в настоящее время возникла необходимость в создании книги, которая могла бы служить пособием как для работников научно-исследовательских и опыт но-конструкторских организаций, проектирующих изделия под технологию поверх ностного монтажа, для работников технологических служб заводов, непосредствен но внедряющих эту технологию в производство, так и для студентов вузов, изучаю щих современные технологии в производстве электронных средств.

Материалом для книги послужили научно-исследовательские и опытно констукторские работы, выполненные при участии автора, лекции по курсу «Про грессивные технологии в производстве РЭС», читаемые в Рязанской государствен ной радиотехнической академии по специальности 2008 «Проектирование и техно логия производства РЭС», результаты исследований отечественных и зарубежных ученых.

Книга содержит 6 глав. Гл. 1 посвящена отечественной элементной базе, которая является основой ТПМ. Приводятся конструктивы компонентов, сравнительный анализ и рекомендации по геометрии посадочных мест, правила проектирования то пологии печатных плат. В гл. 2 отражены особенности технологии изготовления пе чатных плат и большой спектр материалов основания печатных плат с целью реше ния проблемы теплоотвода и согласования коэффициентов линейного расширения платы и навесных компонентов. В гл. 3 анализируются различные варианты монта жа и виды пайки компонентов на печатной плате. Гл. 4 посвящена испытанию пая ного соединения на механическую прочность, зависимости надежности, собранного по ТПМ, печатного узла от влияния внешних вибраций и температуры, оценке каче ства паяного соединения от количества наносимой пасты, проблеме контроля и ре монта. В гл. 5 рассматриваются трафаретный способ нанесения паяльной пасты на знакоместо печатной платы, требования к трафаретам, оборудование трафаретной печати. В гл. 6 раскрывается техническая подготовка производства, где предлагается формализованное описание конструкции с визуальным отображением создаваемого изделия на декомпозиционной основе с целью определения лучшего технологиче ского процесса сборки по выбранному показателю качества. В приложении приво дится список отечественных и зарубежных фирм по ТПМ.

Рассматриваемая проблема потребовала освещения широкого круга взаимосвя занных вопросов, что вызвало отдельные трудности в изложении. Учитывая также первый опыт написания такой книги, автор с благодарностью примет в свой адрес E-mail: // fkr@rgrta. ryazan. ru все замечания и пожелания по дальнейшей её разра ботке.

Автор весьма признателен рецензентам, замечания которых способствовали улучшению содержания книги, ее методической, научной и практической направ ленности.

В процессе обсуждения рукописи ряд полезных замечаний был сделан зав. ка федрой технологии радиоэлектронной аппаратуры к. т. н., доцентом С.А. Лобано вым, которые с благодарностью учтены автором.

Наконец, автор благодарен своим студентам, которые помогали в создании на стоящей монографии.

1. КОМПОНЕНТЫ ПОВЕРХНОСТНОГО МОНТАЖА В настоящем разделе приведена отечественная элементная база, её особенности.

Для технологии поверхностного монтажа, в принципе, пригодны любые миниатюр ные компоненты, которые, кроме основных требований, удовлетворяют двум до полнительным:

- выдерживают жесткие технологические воздействия, обусловленные группо выми методами пайки (в парогазовой фазе, ИК - нагревом, погружением в расплав ленный припой при пайке волной);

- пригодны для автоматизированного монтажа.

Если второе требование не является чем-то особенным для компонентов, монти руемых в отверстия (DIP-технология), то более жесткие технологические воздейст вия резко ограничили или сделали практически невозможным применение их для поверхностного монтажа.

Разработка компонентов для ТПМ ведется по двум направлениям:

- путем доработки существующей элементной базы до требований ТПМ;

- путем разработки новых компонентов, не имеющих аналогов в DIP-технологии.

Примером первого направления является доработка резисторов типа Р1-12 и конденсаторов К10-17, второго - разработка оригинальных компонентов: переклю чателей, катушек индуктивности, реле и т.п.

Для полупроводниковых приборов и интегральных микросхем переход к ТПМ осуществляется упаковкой кристаллов в корпуса, конструкция и материал которых удовлетворяет настоящей технологии (корпуса типа SOT, SOIC, PLCC, SO и др.).

Рассмотрим основные представители элементной базы для технологии поверх ностного монтажа компонентов.

1.1. Пассивные компоненты 1.1.1. Постоянные резисторы Для ТПМ применяют постоянные резисторы, выполненные как по толстопленоч ной, так и по тонкопленочной технологии. Постоянные резисторы выпускаются в двух конструктивных исполнениях:

- цилиндрические с металлизированными выводами;

- прямоугольные чип - резисторы.

Отечественной промышленностью разработаны и серийно выпускаются постоян ные непроволочные резисторы цилиндрической формы типа Р1-11, аналогичные зарубежным MELF. Резисторы Р1-11 изготавливаются в соответствии с ТУ ОЖ0.467.168 для работы на постоянном, переменном и импульсном токе, неизоли рованные, негерметичные, климатической категории и исполнения УХЛ5 по ГОСТ 15150-69. Внешний вид резистора приведен на рис.1, основные технические харак теристики в табл.1 [12,24].

Таблица Номинальная Диапазон Предельные Масса, Мощность, Сопротивлений, отклонения, Г Вт Ом % 1...100* ±5,± 0,25 100... ±1,±2,±5,± 10… ±5,± 0, 1... ±5,± 100...3* ±2,±5,± 0,4 3*103... ±1,±2,±5,± 106...5,1* ±5,± *Промежуточное значение по ряду Е Таблица Мощность, Габаритные размеры, мм Международное Вт A L B I Обозначение 0,062 0,4+0,2 2,0±0,15 1,25±0,15 0,4±0, -0, 0,125 0,6+0,2 3,2+0, 1,6±0,15 0,4±0, -0, -0, 0,25 0,6+0,2 3,2+0, 1,6±0,15 0,4±0, -0, -0, 1,0 0,6 6, 3,0 - 0,33 0,6 3, 2,6 - 0,5 0,6 5, 2,5 - 0,062 0,4 1, 0,8 - (P1-12*) 0,032 0,35 1, 0,5 - Резисторы имеют ТКС(50…500)*10-6 1 / 0С, работоспособны в диапазоне темпе ратур от -60...+70 0С при относительной влажности до 98% при 25 0С. Предельное рабочее напряжение 250 В.

Монтаж резисторов производится пайкой колпачков непосредственно к пло щадкам печатной платы. При автоматическом монтаже допускается пайка волной припоя при непосредственном погружении резистора в припой при температуре 250 0С на время не более 4 с. В случае крепления резистора клеем для его полимери зации, допускается воздействие ультрафиолетового облучения удельной мощностью до 100 Вт/см в течение одной минуты. Возможна трехкратная пайка с общим вре менем до 10 с, кроме того, допускается использование при монтаже припойной пас ты. Резисторы поставляются россыпью, либо упакованными в пластмассовую формованную ленту, намотанную на бобину.

Резисторы второго типа получили более широкое распространение вследствие их лучшей приспособленности к автоматизированному монтажу. Прямоугольные чип резисторы являются перспективными для монтажа на поверхность. К достоинствам резисторов этого типа следует отнести: размеры стандартизированы на междуна родном уровне;

возможен автоматизированный монтаж;

пайка методами ТПМ;

на личие защиты внутреннего контактного слоя от растворения;

упаковка в ленту.

Отечественной промышленностью разработаны и серийно выпускаются [12,24] чип - резисторы типа Р1-12. Они изготавливаются в соответствии с ТУ ОЖ0.467. и являются постоянными непроволочными резисторами общего применения, ис пользуются для работы на постоянном и переменном токах для монтажа на по верхность как для автоматизированной, так и для ручной сборки. Основные раз меры приведены на рис.2 и в табл.2 [12].

Диапазон номинальных сопротивлений 1...22*10 6 Ом, промежуточные значения - ряд Е24, ряд Е48 для 0,125 Вт, 2 %, рабочий диапазон температур -16...+125 0С.

Резисторы Р1-12 допускают пайку волной припоя при температуре 265 0С в те чение 4 с. Возможна повторная пайка с числом циклов не более двух и длительно стью каждого до 3 с. При пайке волной припоя резисторы фиксируются на по верхности платы при помощи клея (ГИПК 231 ТУ 6-05-25-96-79). Допускается трехкратный нагрев до температуры +150 0С в течение 10 минут, до +165 0С - не бо лее 15 с.

При автоматизированной сборке упаковка производится в перфорированную ленту, намотанную на катушку. Резисторы расположены резистивным слоем вверх, минимальное количество 4000 шт. Для ручной сборки - групповая потребительская тара (полиэтиленовый пакет). При монтаже не допускается ставить элементы рези стивным слоем вниз.

В настоящее время разработаны и серийно освоены [24] в производстве прецизи онные тонкопленочные чип - резисторы типов Р1-16, Р1-16М, выпускаемые по ТУ ОЖ0.467.179 и ТУ АБШК.434110.013 соответственно.

Резисторы Р1-16М являются постоянными непроволочными, прецизионными, незащищенными резисторами, пригодными для автоматизированной сборки;

конструкторско – технологическая группа (КТГ) Х1, исполнения 2, 3. Резисторы выпускаются с габаритными размерами 3,2 1,6 0,7 мм, трехсторонними вывода ми шириной 0,3 мм. Номинальная мощность 0,125 Вт, диапазон номинальных со противлений 10 Ом...1 МОм, предельное отклонение ±0,1...±0,5 %, ТКС(5...800)*10-6 1/ 0С. Пайку допускают волной припоя, погружением в расплав ленный припой при температуре +265 С в течение 4 с. Фиксацию проводят на плате клеем ТК 200 по ТУ 6-10-863-76, ВК9 по ОСТ 4ГО.029.004, БФ2 по ГОСТ 12172-74.

1.1.2. Переменные резисторы К их особенностям относятся миниатюрная конструкция, совместимость с по верхностными методами пайки, возможность автоматизированной сборки, упаковка в стандартную ленту, либо в групповые кассеты.

Отечественная промышленность выпускает [24] переменные резисторы для ТПМ следующих типов: РП1-75, РП1-82, РП1-83, РП1-98. Миниатюрные подстроечные керметные резисторы типа РП1-83 (АПШК.343160.018 ТУ) представляют собой квадратный пластмассовый корпус, в котором отпрессовано керамическое основа ние с нанесенными на него резистивным элементом и выводами. Общий вид, габа ритные и установочные размеры резистора РП1-83А приведены на рис.3. Резисторы допускают пайку в паяльной ванне при температуре 265 0С в течение 4 с.

Типичными представителями резисторов зарубежного производства [12] являют ся миниатюрные переменные резисторы серий ST-4A и ST-4B. Компоненты обеих серий имеют идентичные электрические характеристики, которые приведены в табл.3 и различаются лишь конструкцией выводов корпусов: первые имеют I образные выводы (рис.4), вторые - L-образные (рис.5);

первые занимают меньшую площадь на плате - 20,1 мм2 в сравнении с 30,1 мм2.

Характеристики резисторов:

Номинальная мощность рассеяния (при 70 0С), Вт.........……...0, Предельное рабочее напряжение, В...........………...........……... Интервал рабочих температур, К....................……………218 - ТКС, 10-6 град -1..................……………±100 (для 100 Ом...2 МОм) ………...................……….±250 (100 Ом...50 кОм) Допустимое отклонение сопротивления, %...............………….± Угол поворота механический.....................................………………………... электрический....................................………………………... Вращательный момент, Н*м....................……………..0,15 (макс.) Масса (100 шт.), г.....................................……………………….. Резисторы надежно герметизируются с помощью уплотнительных колец. Кор пуса компонентов рассчитаны на пайку при температуре 260 С в течение 10 с (макс.) или 215 0С в течение 35 с. Они выдерживают климатические испытания по MIL-STD 202.

Особым видом переменного резистора можно считать сдвоенный (center taped resistor), состоящий из двух резисторов, заключенных в общий корпус, которые регулируются отдельно до суммарной величины, лежащей в пределах от 100 Ом до 1,5 МОм. Допустимое отклонение составляет ±0,02 %, ТКС равен ±25*10-6 1/ 0С.

1.1.3. Конденсаторы постоянной емкости В ТПМ используются в основном три вида конденсаторов постоянной емкости:

многослойные керамические монолитные чип конденсаторы, танталовые оксидно полупроводниковые и алюминиевые оксидно-электролитические конденсаторы.

Многослойные керамические монолитные чип – конденсаторы представляют собой несколько обкладок, соединенных параллельно, что обеспечивает высокую удельную емкость, обладают высокой температурной стабильностью, влагостойко стью, высокой надежностью. Диапазон емкостей от 1пФ до 1мкФ. Геометрия чип - конденсатора аналогична конструкции чип – резистора (рис.2).

Отечественная промышленность выпускает монолитные чип конденсаторы, дан ные которых приведены в табл.4. Конденсаторы удовлетворяют всем требованиям ТПМ, предназначены для автоматизированной сборки, упаковываются в блистер - ленту, которая наматывается на катушку. Количество конденсаторов на ленте - 3000 шт.

Таблица Номинальное Рабочее Ток, сопротивление, напряжение, мА Ом В 10 1,58 20 2,23 50 3,53 70, 100 5,00 50, 200 7,07 35, 500 11,20 22, 1К 15,80 15, 2К 22,40 11, 5К 35,4 7, 10К 50,5 5, 20К 70,7 3, 50К 112 2, 100К 158 1, 200К 200 1, 500К 200 0, 1М 200 0, 2М 200 0, Таблица Тип ТУ Габариты, мм Ёмкость К10-17 ОЖ0.460.172 3,2х1,6х1,2 22пФ...0,15мкФ К10-42 ОЖ0.460.167 1,5х1,4х1,2 1;

1,2;

1,5;

1,8;

2,2...22пФ К10-43 ОЖ0.460.165 (4..12)х(3,2..11)х2,7 21,5пФ...0,044мкФ К10-47 ОЖ0.460.174 (4..12)х(3,2..11)х(1,8..4,5) 10пФ...15мкФ К10-50 ОЖ0.460.192 (1,5...5,5)х(1,3...4,6)х(1,4...2) 0,47мкФ...6800пФ К10-56 ОЖ0.460.198 3,2х1,6х1,2 0,47мкФ...6800пФ К10-57 ОЖ0.460.194 (2...3,2)х(1,9...3) 680пФ...4,7мкФ К10-60 ОЖ0.460.209 (1,5...5,5)х(1...4)х(1,4...1,6) 680пФ...4,7мкФ К10-73 ЯАВС.673511.004 3,2х1,6х1,0 22пФ...0,15мкФ Танталовые оксидно-полупроводниковые конденсаторы. Отечественная про мышленность выпускает конденсаторы для ТПМ следующих типов: К53-36, К53 37, К53-40, основные данные, которых приведены в табл.5.

Таблица Тип ТУ Габариты, мм Ёмкость, мкФ К53-36 ОЖ0.464.294 (4,2...4,5)х(2...2,5)х(2,5...5) 0,1... К53-37 НДПК.673546.0007 (1,6...4)х(1,6...3)х(4...7,1) 0,1... К53-40* ОЖ0.464.264 8х5,6х(3,2...5,1) 0,1... *Алюминиевые оксидно-полупроводниковые конденсаторы 1.1.4. Подстроечные конденсаторы В настоящее время в отечественной промышленности освоен выпуск подстроеч ных конденсаторов [24] для монтажа на поверхность с габаритными размерами 4,5 4,5 3 мм, емкостью 0,8/2,4 и 3,5/10 пФ, с рабочим напряжением 50 В.

1.2. Активные компоненты Для поверхностного монтажа дискретные полупроводниковые компоненты вы пускаются в малогабаритных пластмассовых корпусах типа SOT [12,26]. Транзи сторный миникорпус SOT - Small Outline Transistor применяется для корпусирова ния дискретных полупроводниковых приборов. Имеются стандартные корпуса, ко торые можно использовать для герметизации простых полупроводниковых прибо ров (т.е. одиночных биполярных и полевых транзисторов, диодов, стабилитронов и др.). Это корпуса SOT-23 и SOT-89. Выбор типа корпуса зависит от мощности рассеиваемой прибором и реального размера полупроводникового кристалла.

SOT-23 применяется для корпусирования кристаллов, имеющих площадь до 19, мм2, с рассеиваемой мощностью 200 мВт при температуре 25 0С (в некоторых пас портах изделий указывается до 350 мВт). Второй корпус, SOT-89, рассчитан на кристаллы площадью 38,70 мм2, рассеивающие мощность до 500 мВт при 25 0С (в некоторых паспортах указывается до 1 Вт).

Оба корпуса имеют очень простую конструкцию с тремя выводами: у SOT- выводы поочередно отходят от каждой из сторон корпуса, в то время как у SOT- они расположены по одну и ту же сторону корпуса, а центральный вывод имеет уве личенный размер для лучшего отвода тепла.

Важно отметить, что в разработке подобных корпусов для одиночных приборов прослеживается тенденция к повышению уровня рассеиваемой мощности, с тем, чтобы, в конечном счете, можно было непосредственно помещать в такие корпуса для поверхностного монтажа мощные приборы, как, например, переключающие транзисторы и выпрямители, без каких-либо особых изменений конструкции платы с целью улучшения ее производительности.

Отечественной электронной промышленностью разработаны и стандартизирова ны аналогичные корпуса (ГОСТ 18472-88):

- КТ-46 (SOT-23), представленный на рис.6 и в табл. 6;

- КТ-47 (SOT-89), представленный на рис.7 и в табл. 7;

- КТ-48 (SOT-143), представленный на рис.8 и в табл. 8.

Электронная промышленность [12,24] выпускает довольно много различных диодов и транзисторов в указанных корпусах.

Для поверхностного монтажа интегральные микросхемы выпускаются в слож ных многовыводных корпусах типа: SO, SOL,VSO, QFP, PLSS, SOIC, SOLIC [26,31].

Отечественная промышленность [24] выпускает корпуса для ТПМ с выводами в виде " крыла чайки ", которые стандартизированы в ГОСТ 17467-88 как подтип 43.

Габаритные чертежи и размеры этих корпусов приведены на рис.9, 10 и в табл.9.

Более подробное описание активных компонентов и компонентов неправильной формы (переключатели, реле и др.) представлено в [12,24,26].

Таблица Обозначение Размеры, мм Размера Не менее Номинал Не более A 0,85 - 1, A1 0,1 - 0, D 2,8 - 3, E 1,2 - 1, HE 2,2 - - LE 0,5 - 0, Таблица Обозначение Размеры, мм Размера Не менее Номинал Не более A 1,4 - 1, B 0,37 - 0, b1 0,4 - 0, C 1,77 - 1, D 4,4 - 4, E 4,4 - 4, I - 1,5 - I1 - 3,0 - HE 3,75 - 4, LE 0,7 - 1, Z 0,7 - 0, K 0,76 - 0, Таблица Обозначение Размеры, мм Размера Не менее Номинал Не более A 0,85 - 1, A1 0,1 - 0, B 0,33 - 0, b1 0,77 - 0, D 2,8 - 3, E 1,2 - 1, I - 1,9 - I1 - 1,7 - HE 2,1 - 2, Таблица Тип Число Размеры, мм выводов A A2 D E HE 4301 4 2, 4302 6 3, 4303 8 5, 4304 10 2 1,65 6,25 4 6, 4305 12 7, 4306 14 8, 4307 16 10, 4308 16 2 1,65 10,0 5 7, 4309 8 5, 4310 10 6, 4311 14 2,5 2 9,14 4,65 6, 4312 16 10, 4313 14 9, 4314 16 3 2,65 10,4 5,7 8, 4315 20 12, 4316 16 10, 4317 18 11, 4318 20 3 2,65 12,9 7,5 10, 4319 24 15, 4320 28 17, 4321 24 3,05 2,65 15,4 8,5 12, 4322 28 17, 4323 32 3,05 2,8 20,4 11,3 14, 1.3. Технологические особенности монтажа компонентов Основными особенностями компонентов для ТПМ являются:

1. Малые габаритные размеры.

2. Симметричность и точное расположение выводов или контактных площадок (поверхностей) относительно геометрического центра корпуса, что позволяет про изводить захват компонента вакуумной присоской (пинцетом), ориентировать его симметрично по осям Х и Y в сборочных головках и устанавливать на печатную плату (ПП) с совмещением выводов с припойными площадками знакоместа.

3. Возможность применения групповой пайки общим нагревом.

4. Отсутствие предварительной подготовки выводов (контактных площадок).

Первая и вторая особенности позволяют осуществить монтаж компонентов очень широкой гаммы с использованием одного оборудования при обеспечении ручной или автоматической смены захватных устройств (сборочных головок) и при наличии необходимого количества различных питателей под соответствующую но менклатуру и упаковку компонентов. В этом случае капитальные затраты значи тельно сокращаются, как и потребность в производственных площадях, а автомати зация производства будет эффективной даже при небольших размерах партии из делий мелкосерийного производства.

Третья и четвертая особенности обуславливают высокую производительность процесса сборки и снижение трудоемкости, однако, следует сделать следующие за мечания по отечественным компонентам, не позволяющие реализовать в полном объеме отмеченные преимущества:

- точность изготовления многих типов корпусов микросхем не удовлетворяет требованиям автоматизации;

- форма корпуса у некоторых видов компонентов не оптимальна, т.е. высота сравнима (или почти равна) с длиной, что вызывает теневой эффект при пайке вол ной припоя или возможное вздыбливание (эффект "надгробного камня") при пайке оплавлением, усугубляемое неравномерным лужением. Желательное соотношение длины корпуса к высоте 2 : 1 (не менее 1,5 : 1);

- чип - конденсаторы почти всех марок имеют большие допуски на размеры кор пуса (до 33 % от длины);

- луженое покрытие контактных площадок при пайке волной припоя смывается;

- практически не реализуется требование унификации корпусов конденсаторов.

Так, одна марка конденсатора может иметь до 11 типоразмеров, а в одном габа ритном размере - различные допуски;

- планарные микросхемы могут быть только условно отнесены к поверхностно - монтируемым, т.к. они не выдерживают общий нагрев, а их выводы нуждаются в подготовке к монтажу.

Как показывает анализ отечественной базы компонентов из 326 типов микросхем, разработанных в корпусе " H ", серийно выпускаются только 17 видов.

Полупроводниковые приборы в корпусе SOT выпускаются 25 типов. Безвывод ные резисторы выпускаются одного типа Р1-12, при этом резисторы мощностью 0,062 Вт не до конца освоены. Выпускаются безвыводные резисторы других типов, но они применимы только в гибридных интегральных схемах, герметизируемых в корпусе. Выпускается четыре типа безвыводных неполярных конденсаторов. Сле дует отметить, что все перечисленные компоненты выпускаются в ограниченном объеме, что сдерживает развитие отечественной аппаратуры в поверхностном ис полнении.

Рассмотрим возможности отечественной элементной базы, предназначенной для ТПМ [4-6,31]. Керамические конденсаторы К10-17В и К10-42В при монтаже на по верхность ПП должны, согласно ТУ, предварительно нагреваться для предотвраще ния термоудара при пайке, который может привести к появлению микротрещин по всему объему конденсаторов (ОСТ 11.074.011-79,ОСТ В11.0030-84). Конечная температура подогрева конденсаторов зависит от марки применяемого припоя, что, в свою очередь, допускается условиями эксплуатации аппаратуры. При темпера туре эксплуатации конденсаторов 85 0С пайку необходимо производить припоем ПСрОС 3-58 (ГОСТ 19738-74) или другим припоем с содержанием серебра не менее 2 %. При эксплуатации конденсаторов при температуре ниже 85 0С для пайки при меняется припой ПОСК 50-18 (ГОСТ 21930-76). Применение данных припоев свя зано с наличием подслоя серебра на контактных площадках, которое в случае применения припоев, не содержащих серебра или имеющих более высокую темпе ратуру плавления, чем ПОСК 50-18, растворяются в припоях, что приводит к раз рушению контактного перехода на торцах конденсатора. Согласно требованиям ОСТ В11.0030-84 и ОСТ 11.074.011-79, допускается только одноразовая пайка кон денсаторов при этом время пайки не должно превышать 3-х секунд.

Оптимальный вариант пайки безвыводных конденсаторов К10-17В и К10-42В на поверхности ПП - групповая пайка с предварительным нанесением на при пойные площадки лудящей пасты ПЛ-423 (АУК 0.029.015 ТУ) на основе ПОСК 50-18 или ПЛ-312 (АУК 0.029.009 ТУ) на основе припоя ПСрОС 3-58. Оборудова ние для групповой пайки должно иметь зону предварительного нагрева с плавной регулировкой температуры. Перед групповой пайкой допускается приклеивание компонентов к основанию ПП.

Резисторы Р1-12, применяемые в ТПМ, подразделяются на две группы по мощ ности рассеяния и методу монтажа. Резисторы с мощностью рассеяния 0,062 Вт предназначены только для ручной сборки печатных узлов, а с мощностью рассеяния 0,125 Вт - для ручной и автоматизированной сборки, а также для групповой пайки или пайки с помощью паяльника. Согласно требованиям ТУ на резисторы и ОСТ 11.070.069-81, пайку резисторов с мощностью рассеяния 0,062 Вт необходимо производить с помощью паяльника мощностью не более 25 Вт припоями ПСрОС 3 58 или ПОС 50-18 при температуре пайки не выше 235 0С и длительности не более 3-х секунд.

Предпочтительными для ТПМ являются резисторы Р1-12 с мощностью рассея ния 0,125 Вт. Эти резисторы можно паять припоем ПОС-61, ПОСК 50-18, время пайки не более 4 с, допускается трехкратное воздействие расплавленного припоя на резистор, специальная подготовка перед монтажом не требуется.

В качестве подстроечного элемента можно применять резистор СП3-28, имею щий облуженные металлизированные контактные площадки для пайки на поверх ность ПП. Пайку можно производить паяльником мощностью 40 Вт, припоем ПОС 61 или оплавлением лудящей пасты ПЛ-112 (АУК 0.029.009 ТУ), предварительно нанесенной на припойную площадку ПП.

Транзисторы и диоды, согласно требованиям ТУ на полупроводниковые прибо ры ОСТ 11.336.907-79, монтируются на поверхность ПП методом групповой пайки или с помощью паяльника. При групповой пайке на припойные площадки ПП на носится лудящая паста ПЛ-112, устанавливаются компоненты, а затем произво дится оплавление лудящей пасты под воздействием тепла в установках групповой пайки. При ручной пайке паяльником применяется припой ПОС-61, время пайки не более 4 с. Допускается производить пайку транзисторов и диодов волной при поя, но при этом их предварительно приклеивают к поверхности ПП. Вместе с тем, при пайке волной припоя нельзя достигнуть высокой плотности монтажа из-за воз никновения теневых зон за счет перекрытия зон пайки корпусами компонентов.

При температуре эксплуатации безвыводных компонентов не выше 85 0С можно применять лудящую пасту ПЛ-423. При температуре эксплуатации выше 85 0С сле дует применять припои или лудящие пасты на основе этих припоев согласно требо ваниям ТУ на компоненты, а именно ПОС-61 или ПСрОС 3-58.

В связи с тем, что в настоящее время не производятся электролитические кон денсаторы для ТПМ, в ряде разработок применяют электролитические конденса торы типа К53-22. Они применяются в гибридных схемах в составе герметизиро ванных блоков и поэтому в ТПМ требуются дополнительные меры защиты таких компонентов от воздействия окружающей среды. Согласно требованиям ТУ на эти компоненты (ОСТ В 11.0025-84 и ОСТ11.074.011-79), монтаж конденсаторов производится ручным способом, пайкой припоем ПОС-61 с помощью паяльника.

Допускается одноразовая пайка. Защиту конденсаторов К53-22 осуществляют кле ем ВК-9 с подслоем эластичного компаунда типа ВГО-1 для снятия механических напряжений, возникающих при отверждении клея.

В табл. 11 приведены технологические особенности монтажа применяемых компонентов, паяемость которых сохраняется в течение 12-и месяцев.

В приложении приведены отечественные и зарубежные фирмы – изготовители компонентов для ТПМ.

1.4. Знакоместо для компонентов Определение. Под знакоместом понимается конструкция припойных площадок печатного рисунка печатной платы, на которые своими контактными площадками устанавливается компонент. Проблема проектирования топологии посадочного мес та компонента (знакоместа) в технологии поверхностного монтажа связана с необ ходимостью обеспечения максимальной плотности упаковки компонентов на печат ной плате и высокого качества паяного соединения.

Таблица Наимено- Материал Марка Метод Темпера- Растворитель вание герметизи- Припоя Пайки тура и для отмывки от компонен- рующего (ГОСТ, время пай- остатков флюса та покрытия ТУ) ки (ГОСТ, (ГОСТ, (ГОСТ, ТУ) ТУ) ТУ) 1 2 3 4 5 Конденса- Лак УР-231 ПОСК 50- Групповая, 200 +10 0С П.6.2.5 (ОТУ;

тор К10-17в (ТУ 6-10-063- 18 (ГОСТ паяльник ОСТ В110030-84) (ОЖ0.460.10 84) 21930-76) 7 ТУ) Конденса- ЭП-730 ПСрОС 3- ----- ------ 190 +10 0С Ацетон, бензин тор К10-42в (ГОСТ 2082- 58 (ГОСТ (ОЖ0.460.16 81) 19738-74) ------ ------- 7 ТУ) ПЛ-423 Групповая 245 +5 0С (АУК 0.029.009.Т У) Конденса- ВК-9,подслой ПОС-61 Паяльник 260 +5 0С Спирт этиловый тор К53-22 эластил (ГОСТ (ГОСТ 18300-72) (ОЖ0.464.15 21930-76) ----- ----- 8 ТУ) ПОСК 50- ---- ------ 200+10 0С,4с ------ ------ 18 270 +5 0С ПЛ-112 Групповая (АУК 0.029. ТУ) Подстроеч- Не требуется ПОС-61 Паяльник 160 +5 0С,4с Спирто ный рези- ПЛ-423 Групповая 190 +10 0С бензиновая смесь стор СП-28 ПЛ-112 ----- ---- 260 +5 0С (1:1) (ОЖ0.468. 6 ТУ) Резистор Р1- Не требуется ПОС-61 Паяльник 260 +10 0С 12-0,125 ПОСК50- Паяльник 200 +10 0С (ОЖ0.467.16 18 ----- ------- 9 ТУ) ПЛ-423 Групповая 190+100С,4с ПЛ-112 Групповая 260 +10 0С Транзисто- Лак УР-231 ПОС-61 Паяльник 260 +5 0С ры, диоды в ЭП-730 ПОСК 50- ----- ----- 200 +10 0С корпусах 18 Групповая 190 +10 0С ------ ------ SOT-23, ПЛ-423 ----- ----- 260+5 0С,3с SOT-89 ПЛ- В отечественной и зарубежной литературе приводятся примеры топологии зна комест компонентов под технологию поверхностного монтажа. Эти примеры не являются единственно возможными вариантами топологии, и в настоящее время несколько компаний продолжают экспериментальные работы с целью оптимизации выбора топологических знакомест в зависимости от конкретных условий примене ния изделий.

Как правило, выбираемая топология припойной площадки знакоместа должна быть идентична топологии контактной площадки компонента, однако надо учиты вать следующие особенности:

- эффект скольжения компонента по расплавленному припою;

- эффект " надгробного камня ";

- термоциклирование, когда слишком большое количество припоя приводит к увеличению жесткости места соединения "вывод компонента - припойная площад ка", которое становится хрупким при тепловой нагрузке;

- поведение паяного соединения во время термоциклирования;

- снижение перегрева чип - компонента. Здесь тепловой режим оказывает значи тельное влияние на надёжность, например чип - резистора, поскольку тепло отво дится через выводы на припойную площадку и через печатные проводники в окру жающую среду.

В попытке повысить технологичность изделий некоторые фирмы, в настоящее время, экспериментируют при проектировании топологии с закругленными при пойными площадками знакоместа, другие предлагают следующие варианты расчета топологии знакоместа, исходя из размеров конструктива пассивного чип - ком понента. Например, фирма “RCD Components Corp.” [7] рекомендует размеры при пойной площадки знакоместа для обеспечения теплового режима чип - компонента (рис.11,б). Фирма “NU-Grafix Corp.” предлагает свой вариант топологии знакоместа для пассивных компонентов (рис.11,в). На рис. 11,а приведены размеры чип – ком понента.

В настоящей работе на основе экспериментальных данных и теоретических раз работок автором предлагаются следующие размеры знакоместа под отечественный компонент с учетом применения технологии пайки путем оплавления припойной пасты в проходной ИК-печи (рис. 12) [35].

А = К * Т + dL / 2 + M;

В = W + 0,2 * Т;

С = L – 2 * M – dL, для L < 6 мм, К = 0,35;

L > 6 мм, К = 0,45, где L - длина компонента;

W - ширина компонента;

Т – высота компонента;

М - ширина металлизации вывода;

dL - допуск отклонения размера компонента по длине. Эти размеры обеспечивают лучшие характеристики паяного соединения, ко торые подробно рассмотрены в главе 4.

W M L T W+0. 2M+T L-2M а) б) L-2M M+T W+0. в) Рис. 11. Варианты знакоместа компонента Для транзисторов в корпусе КТ-46 размеры знакоместа приведены на рис.13.

Размер окон трафарета для нанесения припойной пасты: 0,7 0,7 мм при тол щине трафарета 0,3 мм. Для микросхем типа 43 в пластмассовом корпусе с двух рядным расположением выводов типа " крыло чайки " и шагом выводов 1,25 мм конструкция знакоместа для одного вывода приведена на рис.14.

На рис.14 сплошной линией изображена припойная площадка знакоместа, а пунктирной - контур площади соприкосновения вывода микросхемы с припойной площадкой. При толщине трафарета 0,3 мм для нанесения припойной пасты разме ры окон трафарета должны быть 1,0 0,5 мм.

Для выбора проводников и зазоров проводящего рисунка коммутационной пла ты предлагаются следующие рекомендации:

- ширина проводников, которые подводятся к припойной площадке знакоместа компонента, не должна превышать половины стороны припойной площадки. Если по току такая ширина проводника не обеспечивает надежного функционирования схемы, то к площадке можно подводить более одного проводника с разных сторон.

На рис.15 приведен пример подведения к припойной площадке трех проводников;

- расстояние между припойными площадками компонентов должно быть не менее 0,5 мм.

- расстояние между корпусами компонентов не должно быть меньше высоты са мого высокого по высоте компонента.

На рис.16-22 и соответственно в таблицах 12 -16 приводятся габаритные разме ры припойных площадок знакоместа для зарубежной элементной базы [12, 31] под различные методы пайки - расплавлением дозированного припоя, волной припоя.

При проектировании конструкции печатного рисунка монтажной платы с целью достижения качественной сборки печатного узла необходимо учитывать следую щие правила, касающиеся топологии знакоместа:

- на поверхности припойной площадки не допускается ни одного переходного отверстия, в противном случае припой при контактировании будет стекать через переходное отверстие (рис.23). Переходные отверстия должны быть отделены от припойной площадки узким печатным проводником, выполняющим функцию теп ловой блокировки, которая препятствует стеканию припоя с поверхности пайки в переходное отверстие;

- припойные площадки должны иметь одинаковые размеры с целью достижения симметричных натяжений в процессе пайки (рис.24). Соседние припойные пло щадки, подлежащие соединению, не могут соединяться по всей их ширине. Для этой цели должен использоваться узкий печатный проводник. В противном случае возникает опасность того, что компоненты сместятся в направлении, указанном стрелками, в экстремальном случае они могут сместиться настолько далеко, что противоположная контактная площадка компонента уже не будет располагаться на припойной площадке.

Таблица Тип A B C D C0805 0,8 3,4 1,3 1, R/C1206 1,8 4,6 1,4 1, C1210 1,8 4,6 1,4 2, C1808 2,8 6,2 1,7 2, C1812 2,8 6,2 1,7 3, C2220 4,0 7,4 1,7 5, Таблица Метод A B C D пайки Дозирован- ный припой 2,4 5,2 1,4 1, Волна 2,5 5,0 1,25 2, Таблица Метод A B C D E F пайки Дозирован- ---- ---- ный припой 1,2 2,6 0,7 1,1 2, Волна 0,8 3,4 1,3 1,3 1,2 3, Таблица Методы A B C D E F G H пайки Дозирован- ный припой 2,6 0,7 1,2 0,9 1,1 0,9 2,9 1, Таблица Тип Размер, мм A B C D E F G SOT-89 2,0 4,6 2,6 1,2 0,8 0,7 3, Таблица Тип Размер, мм Корпуса A B C D E SO-8, 14,16 4,0 7,0 1,5 0,6 1, SOL-16, 20,24, 28 7,8 11,4 1,8 0,6 1, Таблица Тип Размер, мм Корпуса A B C D E C0805 1,2 3,6 1,2 1,2 0, R/C1206 2,0 4,8 1,4 1,4 0, Приведенные выше ошибки, основанные в общей сложности на асимметрии припойных площадок, ошибочном выборе количества припоя или на избыточном количестве тепла, влекут за собой ухудшение качества контакта, снижение качест ва паяного соединения и возникновение так называемого эффекта " надгробного камня" (см. п.1.5).

Эти правила действуют в отношении печатных плат, рисунки печатных провод ников которых заранее облужены. Они действительны, также, и в отношении пе чатных плат, изготовленных с использованием техники чернения, где исключается возможность стекания припоя с поверхности припойной площадки на печатные проводники, однако сохраняется фактор теплового воздействия. Таким образом, элементы термической блокировки являются обязательными в каждом случае. При нарушении этого правила возникает иногда эффект разворачивания компонента (рис.25,26).

1.5. Эффект " надгробного камня " Под этим эффектом понимают опрокидывание или развертывание в вертикаль ное положение конструктивного компонента, в основном чип-компонента прямо угольной формы в процессе пайки (рис.27). Причина возникновения этого эффекта, действующего только при пайке методом расплавления дозированного припоя, не в самой пайке, а главным образом в асимметрии действия сил между поверхностями А и В пайки, которая обусловлена следующими факторами:

- значительная асимметрия поверхностей пайки, в результате чего возникают различные количества припоя и различные величины поверхностного натяжения на поверхностях А и В;

- стекание припоя через ошибочное расположение переходного отверстия (пра вила раздела 1.4);

- плохая смачиваемость поверхности В в результате окисления или загрязнения поверхности пайки или вследствие того, что поверхность пайки частично покрыта защитным лаком;

- слишком большое количество паяльной пасты на поверхности А;

- неидентичность металлизации или смачиваемости поверхности пайки конструк тивного компонента.

Для устранения этого эффекта, при наличии всех выше перечисленных факторов, можно воспользоваться клеем, который, кроме всего, увеличивает механическую прочность крепления компонента к печатной плате.

ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЯ 1. Какие требования предъявляются к компонентам для поверхностного монтажа?

2. Направления разработки компонентов для ТПМ.

3. Принципиальные отличия резисторов типа Р1-11 и Р1-12.

4. Способы пайки резисторов для ТПМ.

5. Достоинства чип-резисторов.

6. Способ поставки компонентов.

7. Какова кратность пайки резисторов, монтируемых на поверхность?

8. Допустимая максимальная температура припоя при пайке резисторов в ТПМ?

9. Приведите конструктивы компонентов в ТПМ.

10. Виды конденсаторов постоянной ёмкости.

11. Каковы отечественные представители активных компонентов?

12. Технологические особенности монтажа компонентов.

13. Основные недостатки отечественных компонентов.

14. Каким припоем необходимо паять конденсаторы К10-17В, если температура экс плуатации 85 0С и выше?

15. Укажите причину применения припоя марки ПОСК 50-18.

16. Каков способ сборки для резисторов Р1-12 мощностью 0,062 Вт?

17. Способы контактирования транзисторов и диодов на плате.

18. Марка пасты, применяемая для пайки транзисторов и диодов.

19. Особенности применения электролитических конденсаторов в ТПМ.

20. Что означает термин «крыло чайки»?

21. Что такое знакоместо в ТПМ?

22. Особенности при выборе топологии знакоместа.

23. Вариант знакоместа под отечественный чип-компонент при пайке в ИК-печи.

24. Какие рекомендации необходимо учитывать для выбора проводников и зазоров в печатном рисунке?

25. Правила, необходимые при проектировании конструкции знакоместа и печатного рисунка.

26. На что влияет тепловая блокировка?

27. Почему нельзя сверлить переходные отверстия в припойных площадках?

28. Какие правила проектирования знакоместа имеют место для печатных плат с об луженными проводниками и изготовленными по технике чернения?

29. Чем обусловлен эффект разворачивания компонента на расплавленном припое при контактировании на печатной плате?

30. Что такое эффект «надгробного камня» и причины его появления?

2. МОНТАЖНЫЕ ПЛАТЫ При использовании миниатюрных компонентов для поверхностного монтажа достигается возможность более высокой плотности монтажа. При увеличении лишь в два раза количества компонентов на той же площади, неизбежно возникает необ ходимость в использовании более узких печатных проводников и расстояний меж ду проводниками. Увеличивается также удельная тепловая нагрузка, и возникают различные условия теплового расширения в области между компонентами и печат ной платой, которые отличаются от условий стандартной (DIP) технологии, где они компенсируются за счет гибких выводов. Все эти положения должны учиты ваться уже при разработке схемы и при проектировании конструкции платы на ос нове следующих факторов:

- плотность монтажа;

- термическая нагрузка;

- способ комплектации компонентов (ручной или с помощью автоматов);

- метод пайки;

- установка компонентов с одной стороны или с обеих сторон, наличие переход ных отверстий;

- вариант монтажа платы (чисто поверхностный, смешанно - разнесенный или смешанный);

- величина напряжения и тока.

2.1. Конструкция печатного рисунка Конструкция печатного рисунка определяется конструкцией припойных площа док знакоместа компонента и геометрией печатных проводников.

Геометрия печатных проводников определяется исходя из требования хорошего теплоотвода рассеиваемой мощности активными и пассивными компонентами, что приводит к увеличению ширины проводников, а требование высокой плотности монтажа неизбежно ведет к уменьшению ширины печатных проводников и рас стояний по сравнению с обычной технологией.

Современная технология позволяет достигнуть ширины проводников и расстоя ний между ними в 150 мкм и менее. Ширина 0,25 мм и более относится к стандарт ной технике (рис.28);

0,15 мм - к технике тонких проводников (рис.29);

0,08 мм - к технике тончайших проводников (рис.30).

Конструкция припойных площадок знакоместа определяется главным образом формой контактной площадки самого компонента и является, в большинстве случа ев, прямоугольной.

Размер знакоместа определяется следующими факторами:

- размерами самого конструктивного компонента;

- методом комплектации компонентов;

- методом пайки;

Расчеты размеров припойных площадок знакоместа, рекомендуемые автором в ТПМ, подробно приведены в главе 1 для инфракрасной пайки (ИК - пайки), а также ручной комплектации с использованием оптических вспомогательных средств.

2.2. Технология изготовления печатных плат Все большее распространение при создании радиоэлектронных средств получа ют методы формирования печатного рисунка на основе аддитивной технологии, ко торая в большинстве случае обеспечивает более высокую надежность ПП, чем тра диционные методы. Плата, изготовленная по аддитивной технологии, представ ляет собой планарную конструкцию с нанесенной в местах отсутствия маски (в ок нах маскирующего слоя) медью, осаждаемой вровень с фоторезистом (рис.31).

Применяемая в DIP-технологии, стандартная - субтрактивная технология приво дила к рельефному рисунку, когда медные проводники выступали над поверхностью платы, что вызывало следующие дефекты:

- пузырение защитного покрытия медных проводников;

- отслаивание фольги;

- возможность скопления припоя и флюсов в результате попадания их в пустоты (рис.31);

- возможность появления перемычек припоя при пайке;

- появление газовых полостей после лужения.

Известно [13,26], что аддитивная технология позволяет создавать конфигурацию более узких проводников и зазоров между ними, чем традиционная и тем самым перейти к технике тонких и тончайших проводников, что весьма положительно ска зывается при достижении основной задачи конструктора-технолога РЭС - микро миниатюризации. А применение дополнительной защитной (стоп) маски исключает скопление, затекание припоя и формирование перемычек между припойными площадками при любом методе пайки.

2.3. Материалы для изготовления плат Более двадцати лет в радиоэлектронной промышленности при изготовлении печатных плат (ПП) использовались практически одни и те же широко известные материалы – покрытые медной фольгой слоистые пластики на основе пластмасс, твердеющих при термообработке (фенольная пластмасса, эпоксидная смола или по лиимидная основа, усиленная бумагой или стекловолокном). Однако эти материалы не могут полностью удовлетворить все требования, предъявляемые к ТПМ. Необ ходимость комплексного решения вопросов обеспечения тепловых режимов, высо кого быстродействия аппаратуры (от 30 до 300 МГц), совместимости ПП и безвы водных керамических компонентов по ТКЛР, механической жесткости основания во избежание дополнительных напряжений при деформации ПП в процессе сборки, транспортирования и др., явилась причиной поиска и разработки новых материалов для изготовления ПП, характеристики которых приведены в табл.19 [51].

Преобладающим материалом для ПП являются [13]: слоистые стеклоэпоксид ные, бумажно-эпоксидные или слоистые бумажно-фенольные материалы, как бо лее дешевые. Довольно распространенным для изготовления ПП также является полиимид, который считается одним из перспективных материалов, поскольку по зволяет уменьшить задержку распространения сигнала (диэлектрическая проницае мость составляет 3,5;

у керамики - 10), получить проводящие дорожки шириной мкм с шагом 75 мкм и сквозные отверстия диаметром 50 мкм (для межслойных со единений многослойных ПП). Из-за невысокой теплопроводности полиимид чаще применяют в сочетании с другими материалами, например, кварцем.

Металлизацию на ПП создают с помощью всевозможных паст, а также элемен тов толстопленочной технологии. В частности применяют органические смолы с дисперсированием частиц меди. При нагреве лучом лазера происходит термиче ское разложение отвержденной смолы, при этом частицы меди сплавляются, обра зуя проводящую линию шириной 0,12-0,14 мм. Такие дорожки имеют более низкое удельное сопротивление, чем толстопленочные проводники на основе паст, содер жащих палладий или серебро. Данная технология позволяет непосредственно на эпоксидной смоле изготавливать кроме проводников еще и резисторы. В этой тех нологии используют алюминиевые подложки, покрытые изолирующей пленкой смолы (толщиной 0,15 мм), и эмалированные стальные платы, что обеспечивает хо роший теплоотвод.

Некоторые компании [13] предлагают многослойные (10-50 слоев) керамические ПП с встроенными пассивными элементами. Отдельные слои такой ПП представ ляют собой листы неотоженной керамики толщиной 50-80 мкм с нанесенным на них печатным рисунком проводников, резисторов, конденсаторов, отжигаемых одно временно при температуре ниже 11730 К. Многослойная керамическая ПП не со держит отверстий;

разводка печатных проводников выполнена с двух сторон платы и обеспечивает монтаж компонентов на поверхность. Повышение удельной емко сти встроенных конденсаторов по данной технологии возможно при использовании очень тонких слоев керамики (менее 50 мкм) с более высокой диэлектрической по стоянной, например, получаемых из смеси вольфрамата свинца-железа, ниобата свинца-цинка или ниобата свинца-железа. По мнению разработчиков, такие ПП имеют один недостаток - ограниченные размеры, в остальном они перспективны и экономически выгодны.

При использовании керамических компонентов, монтируемых на поверхность, проявляется значительная разница в ТКЛР. Так, ТКЛР широко известных материа лов платы (14-18) * 10-6 1/ 0С, а керамического компонента (5-7)* 10-6 1/ 0С. Более чем трехкратное расхождение в ТКЛР приводит к развитию механических напря жений, способствующих появлению микротрещин в паяных соединениях и после дующим отказам соединений, или нарушению целостности керамического носителя при термоциклировании.

Таблица Диэлектри- ТКЛР Теплопро- Материал ческая водность Применение Проницае- 10- мость град-1 Вт/м*град Эпоксидная Для изделий смола- бытовой техники, стекло- 4,5 - 5,0 14,0-18,0 0,16 схемы широкого по волокно требления Полиимид- Специальные стеклово- 4,5 - 5,0 15,0-18,0 0,38 изделия с повышен локно ной плотностью мон тажа Маломощные, Эпоксидная работающие в смола- 4,0 - 4,5 5,3 - 5,6 0,12 условиях повышен кевлар ной температуры из делия Полиимид- Мощные быстро- кевлар 3,5 - 3,6 5,6 - 5,8 0,15 действующие устройства Фторопласт- Быстродействующие Стеклово- 2,5 - 3,5 8,0 0,25 и СВЧ- локно устройства Устройства средней и повышен Эпоксидная ной мощности, СВЧ смола-кварц 3,6 5,0 0,17 устройства, эксплуа тируемые в условиях повышенных темпе ратур Мощные устройства, Полиимид- 3,4 6,0-8,0 0,20 эксплуатируемые в кварц условиях высоких температур Эпоксидная Для согласования по смола- … 3,0 1,00 ТКЛР монтируемых графит элементов и КП Таблица 19 (продолжение) Диэлектри- ТКЛР Теплопро- Материал ческая водность Применение Проницае- 10- мость град-1 Вт/м*град Термопла- Изделия, выполняе стики (поли- мые по спецтехноло сульфан, по- гии, прозрачные пла лиэфиримид, ты для дисплеев, уст полиэфир- 2,8-3,2 20,0 0,16 ройства цветного ко сульфон, дирования, рельеф стеклоэпок- ные, объёмные слож сиды) ной формы и другие уникальные комму тационные структу ры Стальная 6,8 12,0 1,00 Устройства различ эмалирован- ного назначения, в ная подлож- том числе мощные ка Медь – … 6,4-5,8 16,00 Для более точного инвар – медь согласования по ТКР всех элементов КП Сплав … 5,3 15,00 … ALLOY Тефлон 2,1 Нет Нет СВЧ устройства для Данных данных согласования эле ментов по ТКР Медь … 17,3 450,0 Мощные устройства Окись 9,0-10,0 6,5 25,0 Устройства, рабо алюминия тающие при высоких температурах Окись 6,0-7,0 8,00 230,0 Мощные устройства, бериллия а также специальные Карбид 6,0-7,5 0,5 230,0 Мощные и специаль кремния ные устройства Нитрид Менее 5,0 0,5 Более 200,00 Мощные и СВЧ уст алюминия ройства для МЭА, работающие в экс тремальных условиях Таблица 19 (окончание) Диэлектри- ТКЛР Теплопро- Материал ческая водность Применение Проницае- 10- мость град-1 Вт/м*град Политетраф- 2,44 Лучше чем Лучше чем у СВЧ схемы с мини торэтилен со у поли- полиимидно- мальными перекрё спецнапол- имидного го материала стными помехами.

нителем материала (~46,00) Используется как эластомер – уплотни тель для изделий, ра ботающих в условиях повышенной влажно сти Печатные платы для монтажа керамических компонентов, как наиболее широко распространенных, должны обеспечивать компенсацию механических деформаций в паяных соединениях, вызванных различием ТКЛР платы и корпусов компонен тов, достаточно хорошую теплопроводность материала основания;

механическую жесткость основания во избежание дополнительных деформаций паяных соедине ний при деформации основания.

В настоящее время усилия специалистов направлены в основном на решение проблемы обеспечения совместимости ПП по ТКЛР с безвыводными керамиче скими компонентами. Наиболее перспективными направлениями являются сле дующие [11,13,25,51]:

- плата с металлической основой, имеющая низкий ТКЛР;

- эпоксидные и полиимидные многослойные подложки, армированные кварцем, графитовым или фирменным волокном Кеvlar фирмы Du Pont;

- гибкие и эластомерные покрытия, наносимые на поверхность обычных много слойных материалов;

- нанесение бугорков припоя на контакты керамических компонентов для уве личения высоты слоя припоя.

К наиболее значительным работам в области создания ПП с металлической осно вой следует отнести платы, выполненные по методам Microwire, Lampac, Pactel, а также по тонкопленочной технологии на металлических основаниях, покрытых фарфоровой эмалью.

Платы, выполненные по методу Microwire, предназначены для монтажа на по верхность керамических компонентов с выводами в виде контактных площадок.

В этой конструкции платы используется изолированная медная проволока диа метром 63 мкм, монтируемая с шагом 315 мкм. Эта тонкая проволока погружается в адгезионный слой, расположенный сверху пластмассовой подложки с металличе ским основанием, ТКЛР которого почти совпадает с ТКЛР керамических компо нентов. Конструкция ПП позволяет добиться плотности компоновки, соизмеримой с плотностью толстопленочных гибридных схем. Металлизированные сквозные от верстия платы могут быть использованы для отвода тепла от верхнего слоя к ниж нему металлическому основанию платы. К недостаткам Microwire следует отнести возможность монтажа компонентов только с одной стороны и сложность в изготов лении самих плат.

Платы, выполненные по методу Lampac, были разработаны в целях повышения плотности компоновки при монтаже корпусов типа DIP;

при этом рассматривалась возможность использования для монтажа безвыводных компонентов. Метод изго товления ПП Lampac включает в себя три этапа:

1. Изготовление металлического основания.

2. Создание коммутационных схем.

3. Напрессовку коммутационной схемы на металлическое основание.

Используя этот метод, фирма разработала и предложила слоистую структуру, состоящую из покрытой диэлектриком стальной платы-основания с расположенной на ней двусторонней стеклоэпоксидной ПП. Эта составная плата, имеющая ТКЛР, близкий к ТКЛР компонента, позволяет отделить проводящий рисунок от сталь ной основы, которая одновременно выполняет функции несущей конструкции, за земления и теплоотвода. Печатные проводники располагаются по обе стороны тон кой верхней платы и соединяются между собой с помощью проводников через сквозные отверстия диаметром 0,275 мм. Это дает существенную экономию площа ди платы, в результате чего две стороны платы Lampac по числу соединений экви валентны восьми слоям обычной многослойной схемы.

По технологии Pactel изготавливаются многослойные ПП (МПП) с шириной проводников и расстояний между ними 75-100 мкм. Высокая плотность размещения проводников достигается благодаря тому, что межслойные столбики в сечении имеют размер 100 х 100 мкм и могут выполняться между определенными слоями.

На остальных слоях освобождающаяся площадь используется для прокладки допол нительных проводников. С помощью аддитивного процесса металлизации после довательно образуется несколько слоев. Последней операцией является напрес совка многослойной структуры на металлическое основание - теплоотвод. Макси мальное число проводящих слоев платы равно шести при общей толщине платы 0,46-0,51 мм. В качестве материала основания используется алюминий или инвар, плакированный медью.

Значительное место при изготовлении ПП, предназначенных для ТПМ, занимают платы, выполненные по методу толстопленочной технологии на металлическом ос новании, покрытом слоем эмали.

Присущие металлу свойства: обрабатываемость, прочность, теплопроводность, стабильность размеров, магнетизм, способность к электромагнитному экраниро ванию, позволяют получать у оснований плат совершенно новые характеристики, которые трудно достижимы у традиционных материалов для изготовления ПП.

Основная проблема заключается в изготовлении изолирующей основы из ме талла основания, который является проводящим материалом. В зависимости от технологии были предложены различные материалы и методы.

Накопленный к настоящему времени опыт создания, и применения металли ческих подложек свидетельствует о наличие нерешённых проблем и отсутст вии оптимального решения. Поэтому актуальным является анализ преимуществ и недостатков металлических подложек, рассмотрение их конструктивных и технологических возможностей, выбор перспективных направлений.

Первыми начали изготавливать стальные покрытые эмалью подложки разме ром до 5151 см фирмы Erie Ceramic Arts Co и Alpha Advanced Technology [33]. На эти подложки фирмы Electro Materials Corp и Du Pont наносят разра ботанные ими неорганические толстопленочные пасты для изготовления про водников, резисторов и диэлектриков. Наносят их через трафарет и вжигают при t0=600-700 0С.

В конструкциях из стали с фарфоровым покрытием плата выполнена из тонкого листа (0.7…0.81мм) мягкой низкоуглеродистой стали. На одну или обе стороны листа после предварительной обработки наносят методами окуна ния, пульверизации, электрофореза, экранированного печатания слой фритты регулируемой толщины (0.18…0.25мм). Безщелочная стеклянная фритта гото вится из кварца, полевого шпата с керамическими наполнителями. Оптималь ный состав фритты в молярных процентах: 40…75 Р2О5 и 20…55 смеси из К2О, ZnO, B2O3 или Al2O3 (<20 %) и CaO, BaO (<55%). После нанесения фритта вжигается в течение 1…3 мин при t0=973…1173 0K в зависимости от техно логии в печи непрерывного действия. В результате на поверхности стали, об разуется эмаль - стекловидное покрытие толщиной 100…150 мкм. Затем нано сят проводящую пасту, из которой формируется проводящий рисунок. В каче стве проводящей пасты служит стеклянная фритта с включённым в неё ме таллическим порошком. Паста вжигается в эмаль при температуре 923 К.

Присущая эмали пористость в результате термоудара при вжигании вызывает появление микро - и макротрещин, что является характерным недостатком этих плат.

Конструктивно подложка может быть изготовлена в виде сплошного глази рованного покрытия или совместно с внутренними соединительными проводни ками и контактными площадками, запрессованными в слой эмали. На таких подложках могут быть выполнены модули больших размеров для высокоплот ных ПП или гибридных интегральных схем (ГИС), работающих в условиях по вышенных температур и предельных ударных нагрузок. Подложку можно от лить и изогнуть перед нанесением фарфора, так чтобы получилось самопод держивающее шасси. Подложка обеспечивает прочную основу для монтажа сравнительно тяжёлых металлических изделий (таких, как трансформаторы);

её можно свернуть для получения эффективного внутрисхемного электростатиче ского экрана. Но из-за высокой диэлектрической проницаемости эмали исполь зовать эти платы на высоких частотах трудно.

Технология изготовления плат (сталь, покрытая фарфором) подробно описа на в [53,54] и использует стандартные методы изготовления ПП с применени ем гибридной технологии. Например, печать со сквозными отверстиями, мон таж проводами, пайку волной припоя, двустороннюю печать и др. Заслуживает внимания процесс штамповки отверстий без острых заусенцев. В [53] описан вариант штамповки при одновременном применении двух штампов, или калиб рующих пуансонов, представляющих собой зеркальное отражение друг друга.

Платы на стальных эмалированных подложках имеют ряд преимуществ по сравнению с платами, изготовленными с использованием полимерных толсто плёночных паст. Во-первых, при их изготовлении можно применять пасту на основе окиси рутения, имеющую более низкий температурный коэффициент, чем полимерные толстоплёночные пасты, содержащие в качестве наполнителя углерод. Во-вторых, к стальной подложке легче осуществить приварку прово лочных выводов или пайку волной припоя, чем к тем подложкам, в которых применяются полимерные толстоплёночные пасты.

Если это необходимо, то на покрытые эмалью стальные подложки можно наносить и вжигать толстоплёночные пасты с медным наполнителем, легко поддающемся пайке [17]. Однако существуют определённые проблемы, связан ные с изготовлением и эксплуатацией таких плат. Одна из них - миграция ионов под воздействием нагрева в электрическом поле, что приводит к возникнове нию тока утечки в функционирующей микросхеме. Другая техническая про блема состоит в окислении проводников из сплава, содержащего серебро, про исходящим на краях подложки, где эти проводники могут оказаться в кон такте со стальной основой. Кроме того, эмаль не отличается стойкостью ко многим химическим реактивам, что затрудняет её использование [55].

Для обеспечения повышенной теплопроводности ПП предлагается выпол нять из алюминиевого основания и стеклоэмали на его поверхности, выполняю щей функцию электроизоляционной подложки. Высокая адгезия стеклоэмали к металлическому основанию и их согласование по ТКЛР обеспечиваются специ альным патентуемым составом подслоя эмали на основе алюминия. Основной компонент подслоя - сплав силумин с содержанием 5% кремния. Концентрация кремния, подобранная эмпирически, обеспечивает мелкозернистую структуру сплава, что гарантирует его минимальную пористость и пластичность. В [28] приведены 9 вариантов составов сплава подслоя.

В [29] рассматривается подложка, состоящая из металлической основы из ферроникелевого сплава (20-90 %), на обеих поверхностях которой последова тельно сформированы слои из меди или медного сплава и эмалированный слой. На площадках, предназначенных для поверхностного монтажа элементов, удаляется эмалированный слой. Элементы могут монтироваться на эмалирован ной поверхности заполненного эмалью сквозного отверстия подложки. В обоих случаях исключена возможность разрушения или отслаивания монтируемого элемента. Для повышения адгезии элемента к поверхности медного слоя реко мендуется формировать тонкий поверхностный металлический слой, предотвра щающий окисление меди.

Однако использование сталей в качестве материала основания платы не дает по ложительных результатов, так как ТКЛР стальных эмалированных оснований ко леблется в пределах (2-30)* 10-6 1/ 0С. Для этой цели перспективен композицион ный материал на основе инвара, покрытого с двух сторон медью. В [51] говорится, что подобный материал основания, покрытый слоем фарфоровой эмали, наилучшим образом согласуется по ТКЛР с компонентами при хороших тепловых характеристиках плат.

Для изготовления плат из стеклоэпоксидных и стеклополиимидных диэлектри ков, пригодных для монтажа безвыводных керамических компонентов, предлага ются многослойные конструкции, в которых диэлектрические слои чередуются со слоями из композиционных металлических материалов (металлических сердечни ков [13] ). Наиболее широко проводятся работы по использованию в качестве таких материалов сплава Alloy 42, молибдена, инвара, плакированных медью, сплава Kevlar, а также покрытого фарфоровой эмалью инвара.

В табл. 20 приведены ТКЛР различных материалов, применяемых для изготов ления ПП, совместимых с безвыводными керамическими компонентами, ТКЛР ко торых равен (5-7) * 10-6 1/ 0С.

Как видно из табл. 20, идеальным материалом в качестве сердечника для стекло эпоксидной и стеклополиимидной плат является сплав Аlloy (никель 42 % и железо 58 %). Исследования показали, что МПП, включающая два слоя из сплава толщиной 0,127 мм, имеет ТКЛР (7-8) * 10-6 1/ 0С. Испытания на термоциклирование изделий в диапазоне температур от -55 С до +125 0С, содержащих безвыводные керамиче ские компоненты с числом выводов 14, 24, 32, 44 и 46, подтвердили совмести мость указанных ПП и компонентов по ТКЛР.

Таблица Материал ТКЛР* 10-6 1/ 0С Сплав Alloy 42 Инвар, плакированный медью 4- Молибден, плакированный медью Волокно Kevlar -2- + Кварцевое волокно 0, Стекловолокно 4- Стеклоэпоксидный пластик 12- Более высокую устойчивость к термоциклированию получили платы после заме ны сплава Alloy 42 инваром, с обеих сторон плакированного медью. Инвар - это железоникелевый сплав (никеля 36 % и железа 64 %). Предлагаются два варианта конструкций плат с использованием этого материала. В первом случае металличе ский сердечник медь – инвар - медь расположен с одной стороны ПП и отделяется от нее слоем изоляции. Во втором - композиционный материал использован для слоев питания и заземления, находящихся внутри слоистой структуры. Толщина каждого слоя 0,13 мм, общая толщина МПП этого варианта из шести проводящих слоев составляет 1,02 мм.

Достоинством материала медь – инвар - медь является возможность регулирова ния величины ТКЛР, изменяя соотношение толщины медного покрытия и толщины самого инварового сердечника. Чем больше толщина инвара, тем меньше ТКЛР композиционной фольги.

Инваровый слой обеспечивает механическую жесткость конструкции в 8- раз выше, чем у конструкции без металлических слоев, что очень важно при трех-, восьмикратном увеличении плотности размещения компонентов, вызывающей ис кривление ПП в процессе сборки.

Учитывая изложенное, а так же то, что конструктив МПП со стеклополиимид ными и эпоксикевларовыми слоями не обеспечен сейчас серийно выпускаемыми отечественными материалами, первоочередное развитие получила технология изго товления МПП с инваровыми слоями, а в качестве диэлектрических материалов ис пользуются слои из эпоксидных стеклопластиков.

Наряду с инваром нашел применение и такой металл как молибден, плакиро ванный медью, который обеспечивает высокий модуль жесткости ПП. Применяют ся слоистые пластики на эпоксидной основе с волокнами графита;

полиимидный пластик армированный сеткой из кварцевого волокна и другие материалы.

На основе отечественных разработок [3,19,30] можно дать следующие рекомен дации по использованию материалов ПП в серийном производстве: для одно- и двухсторонних ПП использовать стеклотекстолит марки СТНФ, СТФ, СФ, ФС, СТЭФ-1, СТФ-2, в зависимости от требований, предъявляемых технологическим процессом, к нагревостойкости плат. Для бытовой аппаратуры допускается приме нение материала СТФ ТУ16 - 503. 161 - 88.

Для установки безвыводных керамических корпусов, имеющих ТКЛР порядка (5...7) * 10-6 1/ 0С в отечественной практике используются многослойные ПП с не сколькими внутренними, имеющими окна, металлическими слоями из инвара, по крытого медью. Эти ПП следует применять при изготовлении сложных устройств с микросхемами в безвыводных керамических корпусах, у которых относительно большие размеры и отсутствие ножек значительно осложняют проблему несогласо ванности по ТКЛР с материалом платы.

2.4. Защитная маска Монтажные платы, как правило, покрывают защитным слоем. Этот слой выпол няет в данной технологии следующие функции:

- защита печатной платы от повреждений и коррозии;

- ограничение поверхностей пайки знакоместа, при котором припой в процессе пайки остается на поверхностях пайки;

- предотвращение стекания припоя на печатные проводники;

- предотвращение короткого замыкания вследствие разбрызгивания припоя или под воздействием капель припоя;

- повышение сопротивления изоляции между печатными проводниками и по верхностями пайки знакоместа.

Защитная маска (ее называют еще стоп-маска) пайки наносится на поверхность платы различными способами:

- трафаретной печатью, используя защитный лак;

- трафаретной печатью, используя фоточувствительный лак;

- использованием фоточувствительной сухой пленки.

Обычная рабочая последовательность в классической технологии заключается в том, что общий рисунок проводников, то есть печатные проводники и припойные площадки облуживаются, а затем методом трафаретной печати на проводники на носится лак, причем все припойные площадки остаются свободными от лака, равно как и переходные отверстия. В случае использования того же метода в ТПМ возни кает опасность того, что часть (также нанесенного методом трафаретной печати) припоя стечет с контактной поверхности для пайки. При этом возникает так назы ваемый эффект " оранжевой кожи " характерный тем, что на поверхностях пайки в определенных случаях оказывается количество припоя, недостаточное для нормаль ной пайки с целью получения безупречного места пайки, что в свою очередь может повлечь за собой возникновение эффекта " надгробного камня ", рассмотренного выше.

Во избежание этих недостатков изображение проводников более не облужива ется, вместо этого защитная стоп - маска наносится непосредственно на чистую медь и открытые припойные площадки облуживаются лишь частично. Если в качестве стоп - маски используется сухая пленка, то в этом случае закрываются также и переходные отверстия. Мнения о том, должно ли осуществляться это по крытие на обеих сторонах платы, во многом расходятся из-за возможного включе ния воздуха.

Переходные отверстия должны закрываться на стороне конструктивного ком понента, по меньшей мере, в том случае, если они располагаются под интегральной схемой (корпус SO). За счет этого предотвращается возникновение коротких замы каний, которые не могут быть распознаны визуально, а также возникновение за грязнений флюсом или чистящим средством. При использовании этого метода прямой стоп - маски исключается возможность стекания припоя с поверхности пайки и возникновения эффекта " оранжевой кожи " (рис. 32).

С целью повышения сцепления между не облуженными печатными проводника ми и стоп - маской для пайки используется "техника чернения", которая заклю чается в том, что все участки, которые не должны использоваться в качестве при пойных мест, оксидируются к черному цвету.

Стоп - маска должна подходить как можно ближе к поверхности пайки, но не располагаться на ней (рис. 33). Выемка в маске всегда должна быть несколько больше, чем поверхность пайки. Величина выемки при использовании лака при трафаретной печати составляет 0,2 мм, а при использовании сухой пленки, на пример, вакрел - 0,1 мм. При наложении на печатный проводник маска должна от стоять от печатного проводника как минимум на 0,1 мм.

ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЯ 1. Какие факторы необходимо учитывать при проектировании конструкции печат ной платы в ТПМ?

2. Поясните термин «техника тончайших проводников».

3. Что такое конструкция печатного рисунка печатной платы?

4. Какие факторы влияют на геометрию печатных проводников?

5. Каковы традиционные и прогрессивные технологии изготовления печатных плат?

6. Поясните недостатки субтрактивной технологии.

7. Достоинства аддитивной технологии изготовления ПП.

8. Приведите последовательность технологических операций при аддитивном спо собе изготовления печатных плат.

9. Приведите широко используемые материалы для изготовления ПП.

10. Недостатки известных материалов для изготовления ПП.

11. Какие требования предъявляются к ПП при монтаже керамических компонен тов?

12. Перечислите направления в технологии для обеспечения согласования темпера турных коэффициентов линейного расширения материалов ПП и керамических компонентов.

13. Методы изготовления ПП с металлической основой.

14. Недостатки плат с металлическим основанием.

15. Какие материалы используются для изготовления металлического основания ПП?

16. Что такое инвар?

17. Варианты конструкции печатных плат на основе инвара.

18. Достоинства металлического основания на основе инвара.

19. Каковы рекомендации при выборе материалов ПП для отечественного серийно го производства?

20. Назначение защитной маски печатной платы в ТПМ.

21. Способы нанесения на ПП защитной маски.

22. Поясните эффект «оранжевой кожи».

23. Что такое техника чернения?

24. Почему выемка в защитной маске должна всегда быть больше, чем поверхность припойной площадки?

25.Стоп-маска может закрывать переходные отверстия на печатной плате?

3. ТЕХНОЛОГИЯ МОТНАЖА 3.1. Варианты поверхностного монтажа Существуют три основных варианта реализации поверхностного монтажа:

1. Чисто поверхностный монтаж на плате (односторонний или двухсторонний).

2. Смешанно - разнесенный вариант, когда традиционные (DIP) компоненты раз мещаются на лицевой стороне, а простые чип - компоненты - на обратной.

3. Смешанный монтаж, когда традиционные компоненты для поверхностного монтажа находятся на лицевой или обеих сторонах платы.

Особенности этих процессов заключаются в следующем:

- корпуса компонентов для поверхностного монтажа не закрепляются на по верхности ПП с помощью выводов;

- корпуса компонентов для ТПМ приклеиваются с помощью клеев или припой ной пасты;

- пайка двойной волной припоя применима только к простым чип - компонентам, устанавливаемым на обратной стороне ПП, и к термостойким компонентам;

- компоненты для ТПМ на лицевой стороне припаиваются с применением пайки расплавлением дозированного припоя в парогазовой фазе или в ИК - печи, или с по мощью лазерного нагрева;

- при смешанном монтаже необходимо перевертывание платы с компонентами и, как минимум, две установки пайки.

Выбор варианта реализации монтажа при проектировании изделия с примене нием ТПМ осуществляется не только с точки зрения технологических особенностей его изготовления, а скорее в зависимости от сочетания традиционных и монтируе мых на поверхность компонентов. Иногда само отсутствие, каких – либо компонен тов для ТПМ вынуждает к использованию традиционных (DIP) компонентов.

Действительно, некоторые компоненты не поддаются миниатюризации до разме ров рассмотренных выше поверхностных компонентов. Например, нет электроли тических конденсаторов с большой номинальной емкостью, размеры которых при годны для поверхностного монтажа. Тоже можно сказать о трансформаторах, реле, индуктивностях.

Имеются также компоненты, которые выпускаются в недостаточном объеме или несовместимы с некоторыми технологическими процессами изготовления изделия.

Это в большей степени присуще конденсаторам, например, керамическим и элек тролитическим [26], которые могут повреждаться при длительном погружении в расплавленный припой, что приводит к появлению дефектов в паяных соединениях.

Компоненты в сложных корпусах, у которых четырехстороннее расположение вы водов, также имеют ограничение на пайку волной припоя из-за слишком большой вероятности образования перемычек припоя.

Таким образом, период времени использования промежуточного смешанного монтажа компонентов в ТПМ, по всей вероятности, будет существовать, сдерживая микроминиатюризацию аппаратуры [16].

3.1.1.Чисто поверхностный монтаж На ПП наносят пасту методом трафаретной печати или дозированием. Количест во припоя должно обеспечивать требуемые электрофизические характеристики паяного соединения. После позиционирования и фиксации компонентов следует операция пайки оплавлением дозированного припоя с применением методов из п.3.2. В случае двухстороннего поверхностного монтажа на обратной стороне фиксируются простые чип - компоненты с помощью адгезива и подвергаются пай ке двойной волной припоя, либо оплавлением дозированного припоя вместе с компонентами на лицевой стороне. Далее следует очистка и испытание смонтиро ванных плат.

Достоинства этого варианта монтажа следующие:

- наибольшая степень микроминиатюризации всего изделия;

- высокая автоматизация технологического процесса;

- высокая воспроизводимость, малый разброс электрофизических характеристик компонентов за счет группового способа монтажа;

- одноступенчатый процесс пайки;

- высокая надежность изделия;

- процесс с потенциально высоким выходом годных изделий;

- низкие затраты;

- улучшенные выходные электрические параметры изделия;

- уменьшение размеров изделия на 40-75 %.

На рис.34 приведен вариант чисто поверхностного монтажа компонентов.

Недостатки этого варианта монтажа следующие:

- недостаточная номенклатура и объем выпуска компонентов для ТПМ;

- большие первоначальные затраты на приобретение сборочно-монтажного обо рудования;

- затраты с переквалификацией и обучением кадров;

- затруднены испытания и ремонт изделия.

3.1.2. Смешанно-разнесенный монтаж Существуют две разновидности реализации этого варианта монтажа [26]. В первом варианте сборку начинают с чип - компонентов на обратной стороне платы, которые приклеиваются. Затем формуют и обрезают выводы у традиционных (DIP) и вставляют в отверстия с лицевой стороны платы, паяют двойной волной припоя одновременно с чип - корпусами. Во - втором варианте сборку начинают с установ ки на лицевой стороне традиционных компонентов, затем обрезают выводы у всех компонентов одновременно, а затем монтируют чип - компоненты на обратной стороне и запаивают все компоненты двойной волной припоя.

Первый вариант обеспечивает повышенную плотность монтажа и минимальное количество переворотов платы в процессе сборки.

Достоинства этого варианта монтажа следующие:

- выигрыш в плотности монтажа по сравнению с традиционной технологией мон тажа компонентов в отверстия;

- одноступенчатый процесс пайки (пайка двойной волной припоя);

- можно использовать имеющееся оборудование из традиционной технологии;

- объем изделия уменьшается на 10-30 %.

На рис.35 приведен вариант смешанно - разнесенного монтажа компонентов.

Недостатки этого варианта монтажа следующие:

- требуется специальный флюс или адгезив для закрепления компонентов на об ратной стороне платы;

- требуется дополнительное сборочно-монтажное оборудование;

- затруднены испытания и ремонт изделия;

- обратная сторона платы используется не полностью из-за выводов DIP компонентов.

3.1.3. Смешанный монтаж Данный вариант монтажа реализуется в трех разновидностях. Первая заключает ся в установке компонентов для поверхностного монтажа на лицевой стороне пла ты;

пайка расплавлением дозированного припоя. Традиционные компоненты также с лицевой стороны;

обрезка выводов у всех компонентов. Пайка волной припоя.

Простые чип-компоненты с фиксацией на обратной стороне платы. Пайка двойной волной припоя одновременно с традиционными компонентами.

Вторая разновидность заключается в установке чип - компонентов для поверхно стного монтажа на обеих сторонах платы. Пайка расплавлением дозированного припоя. Традиционные компоненты на лицевой или обеих сторонах с ручным монтажом и пайкой выводов.

Третья разновидность заключается в установке компонентов для поверхностного монтажа на лицевой или обеих сторонах платы. Пайка расплавлением дозированно го припоя. Формовка, обрезка выводов и монтаж в отверстия традиционных ком понентов на лицевой стороне платы. Пайка двойной волной припоя одновременно с уже паянными простыми чип - компонентами на обратной стороне платы.

Это, вероятно, самая сложная разновидность монтажа в ТПМ. Следует отме тить, что в таком технологическом процессе возрастает количество контрольных операций из-за сложности сборки при наличии компонентов на обеих сторонах ПП.

Неизбежно возрастает количество паяных соединений, причем двух типов - в от верстия и на поверхность, и сложности в достижении их высокого качества.

Достоинства этого варианта монтажа следующие:

- большой выбор компонентов с целью достижения заданного критерия качества всего изделия;

- высокая плотность монтажа;

- оптимальная стоимость компонентов;

- можно полностью автоматизировать монтаж компонентов;

- можно использовать имеющееся технологическое оборудование из традици онного технологического процесса монтажа компонентов в отверстия;

- уменьшение объема изделия на 20-60 %.

На рис.36 приведен вариант смешанного монтажа компонентов.

Недостатки этого варианта монтажа следующие:

- многоступенчатый технологический процесс;

- требуется дополнительное сборочно-монтажное оборудование;

- во второй разновидности требуются затраты ручного труда;

- требуется специальный флюс для закрепления компонентов на обратной сто роне платы;

- затруднены испытания и исправление брака;

- обратная сторона или обе стороны используются не полностью из-за выводов DIP-компонентов.

3.2. Методы пайки Пайка означает соединение металлических поверхностей. Соединительным сред ством является припой, температура плавления которого ниже точки плавления, подлежащих соединению деталей.

При групповой пайке компонентов на ПП должно осуществляться одновремен ное получение всех, расположенных в одной плоскости, паяных соединений, при чем для всех соединений должно быть обеспечено достаточное качество. С этой целью рассмотрим ряд методов и рекомендаций для получения качественного пая ного соединения.

В технологии поверхностного монтажа компонентов для пайки компонентов на печатной плате применяются следующие методы пайки:

- пайка двойной волной припоя;

- пайка расплавлением дозированного припоя в парогазовой фазе;

- инфракрасная пайка;

- другие методы пайки.

3.2.1. Пайка двойной волной припоя Этот метод пайки применим для пайки простых чип - компонентов, расположен ных на одной стороне ПП, как правило, обратной. Первая волна делается турбу лентной и узкой, которая исходит из сопла под большим давлением. Турбулент ность и высокое давление потока припоя исключает формирование полостей с газо образными продуктами разложения флюса. Однако турбулентная волна все же об разует перемычки припоя, которые разрушаются второй волной, более пологой ла минарной волной с малой скоростью истечения. Вторая волна обладает очищаю щей способностью и устраняет перемычки припоя, а также завершает формирование галтелей с целью создания качественного профиля места пайки. Для устранения перемычек также используется специальное приспособление - воздушный нож, который направляет струю горячего воздуха в место пайки с целью удаления пере мычек и излишка припоя.

Пайка двойной волной припоя применяется, в настоящее время, для смешанно го монтажа, когда традиционные, DIP-компоненты, расположены на лицевой сторо не, а простые чип - компоненты - на обратной (рис.37).

При высокой плотности монтажа, которую позволяет реализовать ТПМ, с по мощью данной пайки практически невозможно пропаять поверхностно монтируе мые компоненты из-за эффекта затенения выводов компонента корпусом другого компонента. Чтобы уменьшить эффект затенения, прямоугольные чип - компонен ты следует размещать перпендикулярно направлению движения волны. Трудно па ять двойной волной припоя транзистор в корпусе SOT-89 (отечественный КТ-47), поскольку он имеет довольно массивный центральный вывод, что затрудняет его равномерное смачивание припоем по всей поверхности.

3.2.2. Пайка в парогазовой фазе Пайка расплавлением дозированного припоя в парогазовой фазе отличается от известных ранее методов. Процесс пайки начинается с нанесения, как правило, трафаретным способом припойной пасты на припойные площадки знакоместа, за тем на поверхность ПП устанавливаются компоненты. Далее паста нагревается до температуры плавления припойной пасты, в результате чего образуется паяное со единение между припойной площадкой знакоместа ПП и контактной площадкой компонента.

Нагрев ПП в установке пайки в парогазовой фазе осуществляется за счет паров специальной жидкости, которая конденсируется на поверхности платы, отдавая скрытую теплоту парообразования открытым участкам поверхности печатной пла ты. При этом припойная паста расплавляется и образует галтель. Когда температу ра пасты достигнет температуры жидкости, процесс конденсации прекращается и прекращается нагрев пасты. Повышение температуры платы от ее начальной тем пературы (например, 25 0С) до температуры плавления припоя, осуществляется очень быстро и не поддается регулированию (рис.43). Поэтому необходим предва рительный нагрев платы с компонентами для уменьшения термоудара. Температура расплавления припойной пасты также не регулируется и равна температуре кипе ния, используемой при пайке, жидкости. Такой жидкостью является инертный фто руглерод.

С целью предотвращения утечки дорогого фторуглерода из установки поверх основной технологической среды создается дополнительная среда из более деше вого фреона. Основной недостаток этих установок состоит в том, что на границе двух технологических сред происходит образование кислот, которые разрушают плату и установку.

Установки для пайки с двумя рабочими жидкостями оказались непригодными, поэтому стали выпускать установки с относительно небольшими входными и вы ходными отверстиями, позволяющие реализовать систему с одной технологической средой (рис.38).

3.2.3.Пайка в инфракрасной печи Пайка расплавлением дозированного припоя в инфракрасной (ИК) печи анало гична пайке в парогазовой фазе, за исключением того, что нагрев платы с компо нентами производится не парами жидкости, а ИК - излучением. Передача тепла из лучением имеет большое преимущество перед теплопередачей за счет теплопро водности и конвекции в рассмотренных ранее методах, так как это единственный из механизмов теплопередачи по всему объему изделия. Остальные механизмы пере дают тепловую энергию только поверхности изделия.

ИК - пайка производится в специальных установках, имеющих от двух до пяти зон нагрева с автономно регулируемыми нагревателями для создания необходимого температурного профиля нагрева. Например, в трехзонной установке ИК-пайки, в первой зоне плата подогревается ИК керамическими нагревателями, во второй - происходит выравнивание нагрева таким же нагревателем, в третьей зоне происхо дит оплавление пасты ИК кварцевыми ламповыми излучателями. Затем плата охла ждается.

При пайке в ИК-печи скорость нагрева регулируется изменением мощности из лучателя и скорости движения транспортера с платой, поэтому термоудар платы и компонентов может быть исключен посредством постепенного нагрева.

Специалисты утверждают, что с помощью этого метода достигаются наилучшие результаты пайки. Это обусловлено тем, что температурный профиль (температур ная кривая, рис.39) согласован во всех случаях с заданными предпосылками. Часто использующийся контраргумент в отношении высокой термической нагрузки на конструктивные компоненты является, как показывает опыт, несостоятельным.

Температура должна подводиться к конструктивному компоненту не слишком бы стро, однако сам процесс пайки должен протекать как можно быстрее. Темпера турная кривая для метода пайки в ИК-печи представлена на рис.39 и является ти пичной для плат малого размера. На участке от 0 до 90 с температура увеличи вается приблизительно до 85 0С. В течение этого времени происходит испарение ле тучих материалов, которые содержатся в паяльной пасте. На участке от 90 до 120 с при температуре от 90 0С до 130 0С происходит удаление вязкостных добавок. На участке от 120 до 200 с и при температуре от 130 0С до 180 0С осуществляется ак тивация частиц флюса, и протекают необходимые восстановительные процессы.

На последнем участке от 200 до 255 с достигается температура пайки 217 0С.

На основании этих характеристик можно сделать вывод о том, что процесс пайки в ИК-печи сопряжен с определенным временно-температурным профилем, который необходим для достижения высококачественных результатов. Для более крупных печатных плат необходимо время предварительного нагрева до 3 мин.

Современные ИК-печи позволяют осуществлять пайку ПП с большим количест вом конструктивных различных компонентов с высоким качеством в течение 10 с.

В течение этой непродолжительной длительности такта температура внутри инте гральной схемы остается существенно меньшей, нежели температура плавления припоя.

Достоинства метода пайки в ИК-печи:

- испытанный способ серийного и массового изготовления, который может быть автоматизирован;

- отсутствует необходимость фиксации, приклеивания конструктивных компо нентов, по меньшей мере, в случае одностороннего монтажа. К тому же в этом слу чае обеспечивается полное действие эффекта самостоятельного центрирования (" плавание " конструктивного элемента на жидком припое);

- высокая плотность монтажа. Отсутствует необходимость предусмотрения спе циальных (более значительных) технологических зон между конструктивными ком понентами, так как при этом методе пайки нет необходимости в выравнивании кон структивных компонентов относительно обусловленной системой оси;

- все конструктивные компоненты могут паяться. Это особенно важно для конст руктивных компонентов с так называемыми скрытыми под корпус контактными площадками, например, PLCC [19] на керамическом кристалле. Пайка таких компо нентов может осуществляться только в ИК-печи с достижением необходимой на дежности, так как контроль мест пайки сопряжен со значительными трудностями и по этой причине основное внимание должно быть уделено вопросу надежности;

- подвод тепла может осуществляться целевым образом, то есть осуществляется подвод такого количества тепла, которое необходимо для обеспечения высококаче ственной пайки и может регулироваться до оптимальной величины применительно к отдельным регулируемым зонам;

- незначительные расходы на установку и последующие издержки.

Недостатки этого метода определены следующими факторами:

- неравномерность нагрева изделий, появление в них горячих точек;

- избирательность по отношению к материалу ПП и ограничения по выбору эле ментной базы. То и другое объясняется поглощающей способностью элементов конструкции, подвергающихся ИК - нагреву по всему объему (эффект абсолютно черного тела);

- трудность отвода легко испаряющихся веществ (флюса, составляющих припой ных паст);

- необходимость подбора режима пайки для каждого типа печатного узла.

В настоящее время недостатки ИК-пайки значительно уменьшены. Ранние конст рукции ИК - печей использовали для нагрева ламповые ИК - излучатели с темпера турой 700 - 800 0С. Поскольку режим пайки требует температуру 210 - 215 0С, то нагрев значительно отличается от равновесного, при этом возникали перегретые участки, обусловленные, в частности, различной степенью черноты поверхностей.

Фирма Dynapert предлагает формулу зависимости длины волны излучателя от его температуры, которая имеет следующий вид = 2898 мкм град / Т 0 К, где - длина волны в мкм, Т 0 – температура излучателя в К 0. Стандартное обору дование ИК-печи работает в диапазоне температур 190-450 0 С, из которого следует, что длина волны лежит в пределах 4-6,25 мкм, поэтому улучшение характеристик установок пайки получено переходом на излучатели, работающие в средневолно вом ИК - диапазоне (4 - 6,25 мкм). Конструктивно такие излучатели представляют собой керамические панели больших размеров со значительным количеством воз душных камер, работающих при температуре 280 -325 0С. В таких устройствах до 60 % тепловой энергии доставляется к объему паяного изделия за счет конвекции, а 40 % - при помощи средневолнового ИК - излучателя. Такие комбинированные ус тановки производят нагрев объекта в режиме, близком к равновесному, и в на стоящее время широко используются в ТПМ.

Применительно к конструкции современных установок, которые ещё долго бу дут использоваться в обозримом будущем, следует учитывать следующее:

- длина волны излучателя должна изменяться в диапазоне поглощения обраба тываемого материала;

- мощность излучения или эффективность в спектре должна достигать своей мак симальной величины при использовании необходимой длины волны.

На рис.40 приведена зависимость в нормальной атмосфере поглощения /пропускания ИК - излучения от длины волны.

На рис.41 поясняется зависимость поглощения/пропускания ИК - излучения ба зовым материалом от длины волны.

Таким образом, наиболее эффективной длиной волны излучателей является дли на в диапазоне 4 - 6,25 мкм, т.е. в так называемом средневолновом диапазоне ин фракрасного спектра. Этот диапазон лежит вне диапазона для видимого света, т.е.

различная окраска объектов не оказывает никакого влияния на их равномерный на грев. Другой важной особенностью средневолнового излучателя является способ ность к лучшему нагреву воздуха по сравнению с обычными инфракрасными лам пами.

Нагрев подвижного воздуха может использоваться, например, для предотвраще ния возникновения тени, которая оказывается тем сильнее, чем больше размеры конструктивных компонентов. К числу таких конструктивных компонентов можно отнести пластмассовые носители чипов с 44, 68, 84, 200 выводами. Кроме того, плохая теплопроводность эпоксидных материалов ухудшает результаты пайки.

На рис.42 приведен вид сбоку на установку ИК - пайки с использованием пло ских источников излучения (для простоты первая и вторая зоны не показаны).

Первая зона установки предназначена для предварительного нагрева платы, ко торая активизирует флюс, а, следовательно, уменьшает количество возможно окис лившихся мест соединений, а также удаляет летучие вещества из паяльной пасты, что является важной предпосылкой для достижения хорошего результата пайки.

Вторая зона представляет собой вентилирующую переходную зону, в которой осуществляется отвод летучих материалов. К этой зоне примыкает зона протекания процесса, в которой три плоских излучателя расположены выше транспортиро вочной ленты и три плоских излучателя - ниже транспортировочной ленты.

Каждый из этих излучателей индивидуально управляется с помощью регулято ров на базе микропроцессора. Устройство управления, которое входит в состав ус тановки, обеспечивает поддержание заданного значения и постоянной компенса ции при падении и возрастании температуры. Аналогичным образом устройство управления компенсирует нелинейные характеристики применяемого термоэлемен та. Этот термоэлемент с незначительной массой и малым временем реагирования располагается в центре плоского излучателя. Такая система поддержания темпера туры обеспечивает наилучшую реакцию нагревательного устройства при различных загрузках печи и позволяет обрабатывать самые разнообразные ПП.

Ширина транспортировочной ленты из благородной стали, составляет 457 мм, а максимальное отклонение температуры внутри зоны протекания процесса - до ±2,5 0С. Скорость движения транспортировочной ленты контролируется замкну той цепью регулирования и может изменяться в любой момент времени [49].

В зоне протекания процесса может создаваться инертная атмосфера (рис.42) за счет введения соответствующих газов, например, азота.

Производственные испытания установки такой конструкции показали, что в ней достигается согласование материала в отношении поглощения и достаточная пере дача конвективного тепла. При использовании плоских излучателей были достиг нуты хорошие результаты пайки без обугливания и расслоения ПП.

Кроме этого, сравнение температуры на поверхности ПП с внутренней темпера турой конструктивного компонента доказали, что чувствительные к воздействию температуры компоненты при этом не повреждаются. С помощью цепного транс портера возможна также пайка ПП с двухсторонним монтажом.

3.2.4. Другие методы пайки К другим методам пайки относится пайка расплавлением дозированного при поя с помощью нагретого приспособления, разработанного в Японии [12,26]. В этом методе печатная плата с компонентами помещается в теплопроводящий транс портер, содержащий набор специальных пластин, передающих тепло через плату к выводам компонентов.

Следующим, из этой группы методов, является пайка расплавлением дозирован ного припоя с помощью лазерного излучения, которое отличается от всех описан ных методов тем, что места пайки нагреваются последовательно, а не одновремен но. Главное достоинство лазерной пайки в том, что пучок лазерной энергии хорошо фокусируется, поэтому этот метод применяется для пайки выводов термочувстви тельных компонентов и компонентов с малым шагом выводов.

Лазерную пайку, главным образом, применяют для пайки выводов интеграль ных микросхем с шагом выводов менее 1 мм и для компонентов, которые не допус кают перегрева в рассмотренных методах. При скорости пайки до 10 соединений в секунду лазерная пайка по производительности конкурирует с ИК и парогазовой пайкой, причем возможна пайка плат с большой плотностью компоновки и разме рами припойных площадок до 25 мкм. Современное оборудование для лазерной пайки позволяет вести пайку одновременно двумя лучами для предотвращения вздыбливания компонента (эффект "надгробного камня"). Причем существуют кон струкции лазерных установок, которые позволяют фокусировать луч в виде узкой полоски, способной паять одновременно все выводы микросхемы, расположенные по одну сторону корпуса. Применение двух узких полос с противоположных сторон корпуса микросхемы резко повышает производительность процесса пайки и при ближает лазерную пайку к групповым методам пайки.

3.3. Сравнение методов пайки в парогазовой фазе и ИК-печи При пайке в парогазовой фазе теплопередача осуществляется весьма быстро, после чего достигается термическое равновесие, то есть насыщенный пар, печатная плата и конструктивные компоненты нагреваются до температуры, которая задана точкой кипения жидкости.

Процесс охлаждения протекает в противоположность нагреву относительно мед ленно с целью высушивания конденсата, находящегося на плате внутри установки, и уменьшения потерь весьма дорогостоящей жидкости.

Нагрев платы в ИК-печи, осуществляющейся с помощью инфракрасного излуча теля, происходит медленнее (рис.43, кривая 2), скорость нагрева почти на один по рядок ниже по сравнению с установками для конденсационной пайки (рис.43, кри вая 1). В зоне пайки не возникает состояние термического равновесия, а нагрева ние переходит непосредственно в фазу охлаждения. При сравнимом времени пайки пиковая температура превышает температуру при конденсационной пайке, однако при этом не возникает увеличение интегральной термической нагрузки.

Оба метода обладают специфическими преимуществами и недостатками, кото рые сведены в табл.21.

3.4. Сравнение методов пайки волной припоя и в ИК-печи Для этой проверки была проведена пайка образцов при скорости движения ленты 0,8 м/мин применительно к двойной волне и в ИК-печи. На рис.44 приведены ре зультаты испытаний, проведенные автором, с использованием срезающего усилия для обоих методов пайки, причем для образцов, пайка осуществлялась в ИК-печи, была выбрана толщина слоя паяльной пасты 250 мкм.

При этом прошедшие волновую пайку образцы отличаются существенно более высокой устойчивостью к срезающим усилиям по сравнению с образцами, про шедшими пайку в ИК-печи, эта величина в среднем для всех конструктивных форм больше приблизительно на 60 %.

Прочность таких мест пайки была подчас настолько высокой, что компоненты ломались, когда, прикладывающий срезающее усилие, крюк скользил по компонен ту.

Полученные характеристики могут быть объяснены в основном следующими причинами:

- точка приклеивания существенно способствует устойчивости к воздействию срезающего усилия;

- при пайке волной наносится количество припоя больше, чем в случае наноси мого под давлением дозированного слоя паяльной пасты толщиной 250 мкм;

- возникает иная структура пайки с более высокой прочностью;

- структура паяного слоя более однородная.

Таблица Характеристики Пайка в парогазовой Инфракрасная пайка среде Скорость нагрева Очень высокая Низкая/средняя, в зави симости от мощности и скорости движения ленты Температура припоя Определена точкой ки- Переменная, зависит пения паяльной жидко- от мощности нагрева, сти скорости движения ленты и массы подлежа щего пайке материала Время пайки Длительное Длительное Влияние массы и Незначительное Незначитель цвета подлежащего и отсутствует ное/значительное в зави пайке материала на симости температурный от скорости движения профиль ленты и длины волны излучателя Скорость охлаждения Низкая Низкая/средняя в зави симости от скорости движения ленты и дополнительного венти лятора `TOMBSTONE`-эффект Возникает часто, Возникает редко Особенно у Сопротивлений Обслуживание Несложное Несложное Затраты на техническое обслуживание Высокие Малые Нагрузка на окружаю- щую среду Средняя/высокая Незначительная Капвложения Высокие Низкие/средние Эксплуатационные Расходы Высокие Низкие Есть основания предполагать действие всех четырех причин, причем первая яв ляется наиболее существенной.

С целью исследования влияния клея на качество сборки, на ПП были наклеены резистивных чип-компонентов типа 1206, после чего они прошли обработку в пе чи на отвердение клея и подверглись двухкратной обработке с помощью одной вол ны припоя. После этого была измерена средняя устойчивость к воздействию сре зающего усилия, которая равна 53 Н, что обусловлено главным образом наличием клея.

При анализе срезов, а также при подробном рассмотрении мест пайки видно, что при пайке волной зачастую наносится большее количество припоя, нежели чем при дозированном способе. При этом образцы, прошедшие пайку волной припоя, имеют более тонкую структуру, чем соответствующие образцы, прошедшие пайку оплавлением дозированного припоя в ИК-печи.

Наблюдаемые на срезе поры, которые возникают в местах пайки в ИК-печи, проявляются более отчетливо и в большом количестве в местах разрушения после испытаний с использованием срезающих усилий. Поскольку преобладающая часть образцов разрушалась на границе поверхностей " металлизированная поверхность контактной площадки компонента / припой " и в этой области было установлено наибольшее количество пор, то можно предположить, что уменьшение общей площади соприкосновения контактов в месте пайки обуславливает снижение ус тойчивости к воздействию срезающих усилий.

Остается исследовать вопрос и выяснить, а потом и снять причины появления пор с целью устранения этих слабых мест.

3.5. Паяльная паста Паяльные пасты состоят из плавких металлических частиц (паяльный порошок), флюса (чаще всего смола) и добавок для достижения необходимых специфических свойств.

Требования к паяльным пастам:

- отсутствие эффекта комкования припоя, который характеризуется разбрызги ванием отдельных нерасплавленных частиц припоя в процессе пайки;

- способность к капиллярному подъему и распространению;

- отсутствие опасности коррозии за счет окисления частиц припоя;

- несложная промывка, которая в основном зависит от флюса;

- однородность и удобство нанесения;

- хорошая тиксотропная характеристика, т.е. хорошая текучесть в процессе трафаретной печати, хорошая формоустойчивость после нанесения;

- достаточная клейкость, т.е. избежание сползания конструктивных компонентов;

- достаточная способность к хранению: сгущение, потеря вязкости, возможное окисление;

- постоянное поддержание высокого качества при поставке.

Другими параметрами, которые могут выбираться в соответствии со специфиче скими условиями пайки и которые частично зависят от поставщиков, являются: со став припоя, флюс, форма и размер частиц, вязкость, доля содержания металла, вре мя сушки.

Наиболее часто использующиеся в технологии припои представляют собой сплавы олова (Sn) и свинца (Pb) в соотношении 63 % и 37 %. При таком соотноше нии, которое получило название эвтектического сплава, достигается самая нижняя точка плавления сплава олова и свинца, равная 183 0С (эвтектическая температу ра). Температура плавления нелегированных олова и свинца составляет соответст венно 232 0С и 327 0С и является значительно более высокой. В большинстве случа ев в припой добавляют 2 % серебра (Ag), с помощью которого, с одной стороны, улучшается прочность и, с другой стороны, оказывается противодействие так на зываемому эффекту " растворения примесей ". Здесь жидкое олово растворяет се ребро, содержащееся, например, в серебряно- палладиевых печатных проводниках ПП и в металлизированных поверхностях конструктивных компонентов, что мо жет повлечь за собой определенное увеличение хрупкости места пайки, которая еще более возрастает после нескольких процессов пайки. За счет наличия серебра в при пое этот эффект уменьшается [47].

Определенные проблемы возникают при использовании позолоченных поверхно стей контактных площадок конструктивных компонентов, так как в этом случае скорость разделения сплава в два раза выше по сравнению с серебром. По этой причине рекомендуется удалять с поверхности слой золота, после чего производить горячее лужение. Эта операция не может быть применима к микросхемам, у кото рых металлизированные выводы выполнены на основе золота и платины. В данном случае необходимо создание диффузионного барьера в форме добавки индия (In) в припой.

Для пайки в ИК-печи используется припой Sn62/Pb36/Ag2 %. Этот наиболее час то использующийся припой имеет эвтектическую температуру 178 0С, обеспечивает возможность создания высококачественных мест пайки, отличается от других луч шей устойчивостью к воздействию срезающих усилий и минимальной скоростью разрушения в соответствии с тестами на старение.

Для чувствительных к воздействию температуры конструктивных компонентов может использоваться также сплав Sn54/Pb26/In20 % с эвтектической температу рой 145 0С.

Без флюса пайка становится невозможной. Даже незначительное окисление предотвращает нормальное смачивание места пайки. Таким образом, цель исполь зования флюса заключается в удалении окислов и органических загрязнений и в предотвращении образования новых окислов вследствие пайки.

Большинство паяльных паст базируется на флюсе в виде смолы, которая под разделяется на отдельные классы:

- чистая натуральная канифоль с органическими, не содержащими галогенов, активирующими добавками;

- чистая натуральная канифоль с добавками органических активаторов, обеспе чивающие хорошую возможность промывки в спирте или в смеси воды и мыльного средства;

- флюс без канифоли. Остатки могут растворяться в воде и должны обязательно смываться.

Форму и размеры частиц припоя пользователи, в основном, определяют как сфе рическую, с минимальной поверхностью относительно объема и, следовательно, минимальной долей содержания окислов, причем сферические частицы большего размера отличаются лучшими соотношениями по сравнению с меньшими частица ми. Для шаблонов трафаретной печати с 80 ячейками на дюйм используют в основ ном размер частиц 45 - 75 мкм, а для нанесения тончайших печатных проводников с использованием ткани со 120 ячейками на дюйм - 20-45 мкм. Для устройства нане сения дозированного припоя с помощью иглы эта величина составляет 75-120 мкм.

Под вязкостью понимают вязкотекучесть пасты. Она зависит от различных фак торов, например, доля твердых частиц во флюсе, содержание паяльного порошка, размера зерен и формы паяльного порошка. Доля содержания натуральной кани фоли основополагающим образом определяет пастообразное состояние паяльной пасты и одновременно отвечает за клеящую способность, за счет которой компо нент удерживается на плате до момента пайки. В тесной взаимосвязи с вязко стью находится тиксотропная характеристика, это означает, что паста под воздейст вием давления должна характеризоваться большей текучестью, а при устранении давления вновь должна становиться вязкотекучей и жесткой. Таким образом, паста не должна расползаться после завершения трафаретной печати и попадать на схему, а сохраняться с четкими контурами. Вязкость может быть уменьшена с помощью растворителя, который должен добавляться по каплям и соответствовать, рекомен дованному изготовителем, типу.

Если состав припойной пасты имеет недостаточную вязкость, то паста будет растекаться или " расползаться ", что приведет к потере точности рисунка, а это, в свою очередь, может послужить причиной образования шариков припоя или пере мычек в процессе пайки или капать на плату из иглы дозатора при дозированном способе нанесения припоя. Для уменьшения растекания припойной пасты по пла те рекомендуется увеличить процентное содержание порошка припоя или изменить химический состав флюса, путем введения в него специальных вяжущих добавок (загустителей).

Флюс должен удалять окислы с паяных поверхностей при пайке. Для этого должен быть правильно выбран температурно-временной режим пайки. Если во время разогрева платы температура будет повышаться слишком быстро, то раство ритель, входящий в состав флюса, сразу испарится, что приведет к потере активно сти флюса и разложению или выгоранию его компонентов. При этом расплавление припоя осуществляется неравномерно, а процесс и результат пайки непредсказуемы.

Если же нагревательный цикл завершен преждевременно, то в местах пайки мо гут быть не полностью удалены окислы, что впоследствии приведет к разрушению паяного соединения.

Повторное использование припойной пасты не допускается. Время между нане сением пасты и пайкой должно быть минимальным и не превышать 24 часов.

Для реализации сборки в ТПМ выпускают различные пасты: водорастворимые пасты (ПЛ-111) и спирторастворимые пасты (ПЛ-112, П-312).

Кроме того, существует много разновидностей паст с различными связующими составами и с разной температурой пайки.

В отечественной практике нашла широкое применение припойная паста ПЛ- АУК0.029.009 ТУ. Для ее приготовления используется следующая последователь ность: 10г флюса связки смешивается с 90г мелкодисперсного порошка припоя ПОС-61. В ступке компоненты тщательно перемешиваются пестиком, во флюс по степенно добавляется порошок припоя в течение 15 – 20 мин. Хранить пасту следует в герметичной закрытой таре при температуре 5 0С для избежания расслоения.

Перед применением пасту тщательно перемешивают и наносят через трафарет или специальным дозатором. Температурно-временной режим, использующийся для оплавления припойной пасты, приведен в табл.22.

Таблица 22.

№ Зоны пайки 1 2 3 Температура в 170 180 200 зоне, 0С Время нахож- дения в зоне, 30 30 30 сек Остатки флюс-связки после оплавления следует удалять одним из следующих способов:

- ультразвуковой очисткой в диапазоне частот 18 - 50 кГц, мощностью 0,4 - 0, Вт/см2, с амплитудой 0,4 - 0,6 мкм, растворителем метилен хлористый и хладон в соотношении 55 % и 45 % соответственно последовательно в двух ваннах в тече ние 2 минут;

- очисткой в кипящих растворителях (метилен хлористый и хладон 114 в соот ношении 55 % и 45 %) последовательно в трех ваннах по 3 минуты в каждой;

- ручной очисткой растворителями (метилен хлористый и хладон 114 в соотно шении 55 % и 45 % или трихлорэтиленом) с помощью кисти, щетки или тампоном в течение 2 - 4 минут;

- тщательной очисткой в спиртоацетоновой смеси (1:1) либо в спиртобензино вой смеси (1:1) с помощью кисти, щетки или тампоном в течение 4 минут [18].

ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЯ 1. Варианты реализации поверхностного монтажа.

2. Особенности вариантов реализации ТПМ.

3. Сущность чисто поверхностного монтажа.

4. Достоинства и недостатки чисто поверхностного монтажа.

5. Объясните понятие " смешанно-разнесенный монтаж ".

6. Варианты смешанно-разнесенного монтажа.

7. Достоинства и недостатки смешанно-разнесенного монтажа.

8. Сущность смешанного монтажа.

9. Варианты смешанного монтажа.

10. Достоинства и недостатки смешанного монтажа.

11. Какие методы пайки применяются в ТПМ?

12. Для каких компонентов допустима пайка двойной волной припоя?

13. Требования к первой и второй волне припоя.

14. Назначение второй волны припоя.

15. Недостатки пайки двойной волной припоя.

16. Сущность пайки в парогазовой фазе.

17. За счет чего осуществляется нагрев изделия в установке пайки в парогазовой фазе?

18. Что получают открытые участки поверхности изделия при пайке в парогазовой фазе?

19. Когда прекращается нагрев платы в парогазовой фазе?

20. Недостатки пайки в парогазовой фазе.

21. Сущность пайки в ИК-печи.

22. Достоинства пайки в ИК-печи.

23. Поясните процесс пайки в ИК-печи, используя временно-температурную кри вую процесса.

24. Недостатки пайки в ИК-печи.

25. Мероприятия по улучшению характеристик ИК-печи.

26. Эффект " абсолютно черного тела " и мероприятия по его устранению.

27. Назначение зон в ИК-печи.

28. Другие методы пайки.

29. Главное отличие лазерной пайки от всех представленных методов пайки.

30. Достоинства лазерной пайки.

31. Область применения лазерной пайки.

32. Сравните пайку в парогазовой фазе с пайкой в ИК-печи.

33. Сравните пайку в ИК-печи с пайкой волной припоя.

34. Причины, обусловливающие более высокое качество пайки волной припоя в сравнении с ИК-пайкой.

35. Из каких компонентов состоит паяльная паста?

36. Какие требования предъявляются к паяльным пастам?

37. Что такое эвтектический сплав?

38. Для каких целей в состав припоя добавляют серебро?

39. Какой металл добавляют в припой для снижения эффекта " растворения " вы водов компонентов на основе золота?

40. Для какой цели используется флюс в составе паяльной пасты?

41. Что такое вязкость припойной пасты?

42. От чего зависит вязкость припойной пасты?

43. Объясните понятие “тиксотропность пасты”.

44. Приведите марки отечественных паст.

45. Способы очистки плат от остатков флюса.

4. НАДЕЖНОСТЬ. КОНТРОЛЬ КАЧЕСТВА Для паяных соединений в ТПМ должен надежно обеспечиваться срок службы длительностью 10 лет и более, превышающий срок службы устройства или системы, в составе которой они используются. По этой причине необходимо произвести оценку надежности с помощью пригодных и эффективных методов. Для оценки мест пайки имеется целый ряд методов, которые в прямой или косвенной форме по зволяют сделать соответствующий вывод о работоспособности изделий. Среди этих методов можно отметить следующие:

- визуальная оценка поверхностей пайки в отношении пор, трещин, неполного оплавления;

- микроскопическая оценка металлографических участков в отношении пор, тре щин, однородности и зернистости структуры;

- оценка профиля места пайки;

- измерение объемного сопротивления;

- определение таких механических характеристик, как прочность на растяже ние, прочность при воздействии срезающих усилий, работа на разрушение;

- контроль функционирования;

- оценка теплопроводности после нагрева с помощью импульсного лазерного излучения;

- оценка распространения звука после приложения акустического сигнала.

Визуальная и микроскопическая оценки пор, трещин, однородности и зернисто сти структуры довольно подробно представлена в [13,18,25]. Два последних метода еще находятся на стадии лабораторных исследований, и их широкое использование зависит не только от расходов на аппаратные средства, но и от воспроизводимости результатов. Поэтому рассмотрим оставшиеся методы оценки надежности паяно го соединения.

4.1. Профиль места пайки На качество паяного соединения большое влияние оказывает профиль места пай ки, который зависит от количества нанесенной паяльной пасты в процессе трафа ретной печати. В общем случае специалисты считают, что удачным является про филь, изображенный на рис. 45, б, где доминирует легкая выпуклость в наружном направлении без закрытия конструктивного компонента сверху. Слишком большое количество припоя (рис. 45, а) увеличивает жесткость соединения и характеризуется склонностью к растрескиванию, как и в тонких местах (рис. 45, в), что обусловлено недостаточным количеством припоя [52]. Эти профили находятся в прямой зависи мости от количества наносимой припойной пасты, которое, в свою очередь, пропор ционально размерам припойной площадки знакоместа.

В отечественной промышленности разработаны и серийно выпускаются чип - ре зисторы типа Р1-12 в соответствии с ТУ ОЖ0.467.169, например, класса 1206 с раз мерами (рис.46, а) 1 2 3 4 а) вся контактная площадка закрыта припоем 1 2 3 4 б) пайка с четырёх сторон 1 2 3 4 в) компонент на припое Рис.45. Профили места пайки:

1 - корпус;

2 - контактная площадка компонента;

3 - припой;

4 - припойная площадка;

5 - печатная плата W M W+0. 2M+T L-2M L T а) б) L-2M M+T W+0. в) KT+M+dL/ L-2M-dL W+0.2T г) Рис.46. Варианты знакоместа компонента:

L - длина;

W - ширина;

T - высота;

M - ширина контактной площадки;

dL - допуск длины компонента;

K - коэффициент L=3,2 (+0,15 –0,2);

T=0,6 (+0,2 –0,1);

W=1,6 (±0,15);

M=0,4 (±0,2).

Исходя из реальных размеров отечественного чип-резистора и формул для опре деления рекомендуемого знакоместа, получим размеры припойных площадок 1,42,1 мм и 1,02,108 мм для (рис.46,б, в) фирм “RCD Components Corp.”и “NU-Grafix Corp.”, соответственно.

С учётом практических и теоретических разработок по этому вопросу автором предложено (см. рис.46, г) соотношение между габаритными размерами компонента и знакоместа [34,35]. При этом получены размеры припойных площадок 0,671, мм.

После выбора размеров припойных площадок на знакоместо наносят припойную пасту, затем осуществляют позиционирование компонентов и пайку расплавлением дозированного припоя. При расплавлении припоя происходит скольжение компо нента по расплавленному припою, обусловленное действием сил поверхностного натяжения в жидкости, которые стремятся затянуть контактную площадку компо нента в центр припойной площадки печатной платы, и формирование профиля места пайки (рис.45).

Для формирования качественной пайки толщина влажного слоя паяльной пасты должна составлять 200…250 мкм [26]. При такой толщине пасты профиль места пайки на (рис.45, а) будет соответствовать топологии на (рис.46,б), а профили на (рис.45, б, в) - топологиям на (рис.46, в, г).

Проведем исследование надёжности профиля места пайки с точки зрения вибро надежности аппаратуры, испытываемой на гармоническую вибрацию. Для этого рассмотрим все три профиля места пайки и приближённую модель закрепления компонента в виде защемлённой с двух сторон пластины (рис.47). Эта модель отра жает крепление компонента (пластины) с помощью паяного соединения. Допустим, что вдоль краёв внешняя вибрация с частотой =2f и амплитудой Q возбуждает в плате и в компоненте гармонические колебания с амплитудой [14] sh(KL / 2)cos K(x - L / 2) + sin(KL / 2)chK(x - L / 2) U (x) =.Q, ch(KL / 2)sin(KL / 2) + sh(KL / 2)cos(KL / 2) где 2 K = 12 p (1- v2 ) / ET.

E – модуль Юнга;

– коэффициент Пуассона;

– плотность материала пластины;

T – толщина пластины.

Каждый профиль места пайки определен толщиной наносимого припоя и геомет рическими параметрами припойной площадки знакоместа, а, следовательно, каждый профиль паяного соединения имеет свою жесткость, которая передаёт механические воздействия от платы к компоненту.

Q L Q Т X Рис.47. Модель крепления компонента Рис. 48. Расчётная модель компонента 1 – печатная плата, 2 – припойная площадка, 3 – припой, 4 - компонент При механических воздействиях важно оценить уровень механических напряже ний, которые будут развиваться в компоненте и в паяном соединении при деформа ции платы. В этом случае необходимо оценить величины изгибающих моментов в плате и в самом компоненте. Рассмотрим расчетную модель на рис.48.

Известно, что изгибающий момент МПП в печатной плате связан с радиусом её изгиба следующим соотношением (EJ ) ПП M = ПП RПП, где Е – модуль упругости материала печатной платы;

J – момент инерции печатной платы;

(EJ) ПП – жесткость печатной платы на изгиб.

Если форму изгиба печатной платы аппроксимировать дугой окружности с ра диусом R ПП, то последний определяется выражением (L2 + 4U (x)) RПП = (8U(x)), где L – длина изгибающего участка платы;

U(x) – амплитуда колебаний платы.

Если предположить, что изгибающий момент в компоненте равен изгибающему моменту в печатной плате (МК = МПП), то можно оценить величину радиуса изгиба компонента (EJ )S RК = М К, где (EJ)S – суммарная жесткость компонента (EJ)К и паяного соединения (EJ)П.

(EJ )К (EJ )П (EJ )S =.

(EJ )К + (EJ )П Тогда максимальное механическое напряжение в компоненте может быть опре делено по формуле [22] 0,5EКT.M ПП = (EJ )S, где Е К – модуль упругости материала компонента.

Окончательно формула примет вид 4EКTU (x)(EJ )ПП =.

(L2 + 4U (x))(EJ )S После проведения имитационного моделирования ситуации деформации платы с паяными компонентами (Р1-12) и припойными площадками знакоместа (см.

рис.46,б, в, г) получаем соответственно механические напряжения 1 >2 >3 (см.

кривые 1,2,3 и прямую П на рис.49;

П – предел прочности при изгибе).

Из приведенного материала следует, что топология знакоместа, представленная на (рис.46, г), является более надёжной по сравнению с другими вариантами.

4.2. Объемное сопротивление Определение надежности места пайки вывода компонента на поверхности ПП может осуществляться непосредственно с помощью измерения объемного сопро тивления. Повышение этого сопротивления под воздействием термических или механических нагрузок свидетельствует о повреждении вследствие образования трещин. В качестве предельных величин упоминаются как абсолютные значения, например, 3 МОм, так и относительное увеличение на 10 % [52].

Из практических опытов было установлено, что величина объемного сопротивле ния практически не зависит от повреждения мест пайки. В случае механического повреждения сопротивление R резко возрастает лишь непосредственно перед раз рушением места пайки, хотя первые поверхностные трещины (1) были выявлены ви зуально уже значительно раньше (рис. 50).

Влияние образования трещин на изменение сопротивления должно усиливаться, если измерение сопротивления осуществляется не на одной ПП в плоском, нор мальном состоянии, а на изогнутой плате в напряженном состоянии, когда следует ожидать максимального распространения трещин.

С этой целью ПП вместе с последовательно включенными и расположенными в продольном направлении низкоомными сопротивлениями конструктивной формы 1206 подвергается воздействию циклической изгибающей нагрузки с ходом 15 мм при частоте 12 циклов в минуту. С помощью электрической схемы объемное сопро тивление измерялось два раза в секунду, и определялись максимальные и мини мальные величины в интервале времени протяженностью 3 мин.

На рис. 51 приведена зависимость величины объемного сопротивления R от ко личества изгибающих циклов.

Было установлено непрерывное возрастание переходного сопротивления с оди наковым коэффициентом, как для ненагруженного, так и нагруженного состояния.

Разность сопротивлений составляла в общей сложности 154 МОм, что соответст вовало величине 4,3 МОм на один участок пайки.

,МПа Р1- (1206) П 0 50 100 150 200 250 h,мкм Рис.49. Зависимость механического напряжения в компоненте от толщины h паяльной пасты Сразу после прекращения действия чередующейся нагрузки общее объемное сопротивление в течение нескольких минут уменьшается до уровня, лежащего при близительно на 45 МОм выше (ненагруженной) исходной величины, т. е. остаточное изменение сопротивления, составляет для одного места пайки около 1,2 МОм.

На основании этого исследования можно сделать вывод о том, что места пайки относительно малых конструктивных компонентов отличаются относительно ма лой чувствительностью к весьма сильным изгибающим моментам и возникающие, в некоторых случаях, микроскопические трещины почти полностью смыкаются после завершения действия нагрузки.

R Log n Рис.50. Зависимость объемного сопротивления паяного соединения от величины механического повреждения R (Ом) 15 мм R = 154 Ом 100 500 1000 Кол.циклов Рис. 51. Зависимость величины объемного сопротивления от количества изгибающих циклов 4.3. Механические воздействия Любая электронная схема, не только относящаяся к числу мощных схем элек троники, подвержена определенной термической нагрузке. В тепловом отношении конструктивные компоненты, в том числе резисторы, транзисторы, интегральные микросхемы, вырабатывают тепло за счет рассеяния выделяемой мощности, кото рое отводится в печатную плату через выводы и печатные проводники, нагружая при этом пассивные в тепловом отношении конструктивные компоненты, например, конденсаторы.

Критическим параметром, для оснащенных кристаллами полупроводников, явля ется максимально допустимая температура запирающего слоя, а для прочих кон структивных компонентов - максимальная температура, допустимая для мест пайки.

За счет принятия соответствующих мероприятий (конструктивных или техно логических решений) можно обеспечить хороший отвод тепла. В случае инте гральных микросхем, например, за счет выбора другой формы и другого материала так называемой свинцовой рамки, т.е. за счет изменения конфигурации соединений внутри одной интегральной схемы, можно добиться существенного улучшения те плопроводности.

Практика показывает, что термическая устойчивость кристаллов сложных ком понентов в большинстве своем не может быть рассмотрена, т.к. отвод тепла в печат ную плату обуславливает преждевременное достижение температуры до 110 0С, ко торая является критической для самих кристаллов. К тому же, за счет использова ния необходимых печатных проводников и увеличения расстояния между конст руктивными компонентами, можно уменьшить термические нагрузки. Таким об разом, если плотность монтажа не является экстремальной, то можно рассредото чить корпуса по печатным платам изделия и снизить температуру окружающей сре ды до 70 0С.

Но в ТПМ существует другая опасность, связанная с термоциклированием, когда печатная плата постоянно подвергается воздействию в определенном ритме расши рению (период эксплуатации) и сжатию (период покоя). Если характеристики теп лового расширения ПП и конструктивных компонентов являются идентичными, то в этом случае всякая опасность для компонентов исключается. А если характери стики являются различными, например, вследствие различных ТКЛР, то это может привести к возникновению чрезмерных нагрузок и к разрушению мест пайки. Здесь решающее значение имеет гибкость конструктивного компонента [11].

Pages:     || 2 |



© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.