Заводян Лабораторный практикум

горячегоазота.Приэтом дляизбежаниябольшихградиентовтемпературы, нагревструейгорячегогазаосуществляетсялокальнос2-хсторонМКП(при правильном проектировании ФЯ напервой сторонеМКП недолжно быть компонента,поэтомусмещений,оплавленийилиповрежденийПМКнаранее смонтированнойстороненедолжнобыть).

После монтажа ФЯ следует проводить очистку и контроль качества монтажаячейкипоранееописаннымтехнологиям.

Домашнеезадание

1.Ознакомитьсясматериалом,изложеннымвописанииработы.Изучить процессизготовлениямногослойныхкерамическихплат,обратитьвниманиена последовательностьоперацийприизготовленииМКПподвумтипамтехнологий (пакетнойиподложечной).

2.Составить форму табл.13,заполнив в ней графу «Характерные особенностиизготовленияПМ-изделия»;подготовитьначальную частьотчета, содержащуютитульныйлист,цельработыикраткиетеоретическиесведения(не менее3-хстраниц).

3.Подготовитьответынаконтрольныевопросы.

Макетныеобразцыдлявыполнениялабораторнойработы

Макетныеобразцы,необходимыедлявыполнениялабораторнойработы, представляютсобой отдельные заготовки,взятые с разныхопераций ТП изготовления МКП по технологии послойного наращивания, а также смонтированная ячейка с навесными компонентами для поверхностного монтажа.

Лабораторноезадание

1.Изучить отдельные макетные образцы,взятые с конкретной операции технологического маршрута на изделие и составить правильную последовательностьвыполненныхоперацийдляданныхобразцов(указав название операции и средства для ее выполнения,т.е.материалы, оборудование,оснастку,измерительныеприборы).

2.Заполнитьформутабл.13,прилагаемойкданномуописанию.

3.Представитьпреподавателюрезультатывыполненнойработы. Форматабл.13

Результатывыполненияработы

121

122

Порядоквыполненияработы

Внимательнорассмотретьобразцыирасположитьихвпорядкеправильной последовательностиреализацииТПихизготовления.

Описатьправильнуюпоследовательностьвыполненияоперациидля каждогообразца(приэтомуказатьназваниеоперации,ееназначениеи средстваеевыполнения).

Вформетабл.13заполнитьграфу"Основныесведения". Сформулироватьвыводыпорезультатампроделаннойработы,вт.ч.

приведявнихаргументациюпредлагаемыхтехнологическихсредств

повышенияэффективностисборкиимонтажакомпонентовнамногослойных керамическихплатах.

Требованиякотчету

Отчетдолженсодержать: титульныйлист; цельработы;

краткиетеоретическиесведения; описаниеправильнойпоследовательностивыполнениятехнологических операцийдляданныхобразцовсуказаниемсредствреализацииэтих операций; заполненнуюформутабл.13; выводыпоработе.

Контрольныевопросы 1.Назовитепреимуществаиспользованиякерамикивкачествематериала

КП. 2.Укажитетипыкерамикивозможностиихприменения.

3.ДлячеговсоставшликеравводятПАВ,икакиематериалыиспользуютв качествеПАВ?

4.Какимобразомосуществляютпроцесслитьякерамическойпленки?

5.ПеречислитеизвестныеВамспособыполученияотверстийвслое пластифицированнойкерамики,икритериивыбораконкретногоспособа.

6.Какиетребованияпредъявляютсякпроводящимпастам,икакимобразом онинаносятсяназаготовкиМКП?

7.Охарактеризуйтепроцесссовместногообжигаметаллизирующего покрытияикерамическогоматериала.

8.ЧтоВызнаетеоборганическихсоставляющихшликера?Какимиони обладаютсвойствамиикаковоихназначение?

9.КакиетехнологииизготовлениямногослойныхструктурВыможете назвать?Краткоохарактеризуйтекаждуюизних.

10.Изкакихсоображенийвыбираютсоставметаллическойчасти проводящейпасты?

11.Какиетребованияпредъявляюткпроводящимпастам?

12.Пояснитезначениереологическихсвойствпастыикакими характеристикамиониопределяются.

13.Каковыособенностиреализациитрафаретнойпечати?

14.ПочемунаМКПвозможентолькоповерхностныймонтажкомпонентов?

15.ПриведитесравнительныехарактеристикиТМКиПМК.

16.Перечислитеиохарактеризуйтесборочныеоперацииприизготовлении

123

ячеекЭУнаМКПвусловияхручнойиавтоматизированнойсборкиПМКна МКП.

17.Изкакихсоображенийвыбираютвкачествеметода микроконтактированияпайкупримонтажеПМКнаМКП,ане микросваркуилидругойметод?

18.ПочемупримонтажеПМКнаМКПнеобходиматочнаядозировкаприпояи засчетчегоонаобеспечивается?

19.КаковаспецификапроцессаочисткисмонтированныхячеекЭУвТПМ?

20.Назовитеиохарактеризуйтеуровниавтоматизациисборочныхработ. Приведитепримеры.

21.КакиеуровниавтоматизацииВамизвестныдлявыполненияпроцесса пайки?Пояснитенапримерах.

22.ПриведитеалгоритмТПсборкиимонтажаячейкиЭУсприменением средствавтоматизации.

23.Засчеткакихфакторовможноповыситьэффективностьсборочномонтажныхопераций,икакимикритериямионаопределяется?

24.Перечислитеразновидности,средствареализациииоценочныекритерии контрольныхоперацийприизготовленииМКП,атакжеприсборкеи монтажеПМКнатакихплатахвпроизводствеячеекЭУ.

Рекомендуемаялитература

1.Конспектлекцийподисциплине«ТехнологияЭВС». 2.ЗаводянА.В.,ВолковВ.А.ПроизводствоперспективныхЭВС.Ч.2.–М.:

МИЭТ,1999.–280с. 3.ГуськовГ.Я.,БлиновГ.А.,ГазаровА.А.Монтажмикроэлектронной

аппаратуры.–М.:Радиоисвязь,1986.–176с.

124

Лабораторнаяработа№ 6

Сборкаимонтажфункциональнойячейкинамногослойнойполиимидной

плате

Цельработы:Ознакомитьсясреальным изделием,изготовленным по технологии поверхностного монтажа и изучить основные технологические операции его изготовления, включая особенности реализации техники поверхностного монтажа; изучить технологические операции процесса изготовления многослойной полиимидной коммутационной платы, предназначеннойдлясборкинанейповерхностно-монтируемыхкомпонентов, какбазовогоконструктиварассматриваемогоизделия.

Продолжительностьработы-4ч.

Теоретическиесведения

Спецификатехникиповерхностногомонтажа

Современныетемпы развитияэлектроникиопределяются,преждевсего, достижениями микроэлектроники,которая позволяет решать важнейшие проблемы надежности,стоимости,габаритов и массы радиоэлектронных устройств.

Областьиспользованиямикроэлектроннойаппаратуры(МЭА)необычайно широка и продолжает непрерывно расширяться. Появились устройства функциональнойэлектроники,например,акустоэлектронные,оптоэлектронные, криоэлектронныемикросхемы.

Современныеэлектронныевычислительныесредствасоздаютсянаоснове большихисверхбольшихинтегральныхсхем (БИС,СБИС,УБИС)свысокой степенью интеграции (более2млн.элементоввкристалле)иплотностью упаковки выше 100 млн.элементов на 1 см3.Однако,соединение таких полупроводниковыхБИСвячейкахиблокахЭВСзачастую осуществляетсяс применением плат,имеющихневысокую разрешающую способностьрисунка коммутации,чтоснижаетобщуюплотностьупаковкиэлементовизделий.

Дляобеспечениянеобходимойжесткостиконструкцииячеекиблокови (при необходимости) теплоотвода; нередко применяют специальные металлоемкиеприспособления,рамы,решетки,адлясоединенияячеекиблоков междусобой плетенныепроводные"ремни".

Всеэтозначительноснижаетдостигнутуювкристаллахплотностьупаковки, приводякувеличениюмассыигабаритовЭВС.

Высокиетемпыразвитиямикроэлектроникипородилиисвоипротиворечия, так,например:

возрастаниеколичествавыводовуБИСиСБИСпривелоксущественному возрастаниюмонтажнойплощадкидлякорпусов,монтируемыхвотверстияплат, чтосталоедвалинеосновнымпрепятствиемдляминиатюризацииизделий;

ростсложностимикросхем(МС)привелкпотереихуниверсальности,они стали пригодными только для конкретного типа устройств.В результате увеличиласьноменклатураИС,уменьшиласьихтиражность;

отсутствие завершенных рядов ИС определило различную степень интеграцииотдельныхфункциональныхузловиблоков;

125

уровнитехнологииизготовлениясложныхконструктивов(ячеек,узлов, блоков)МЭАсущественноразличаются(например,уМОПБИСразрешающая способностьрисункасоставляет100 1000линий/мм,авпечатныхплатах 1-2 линии/мм.

Все это обуславливает потери плотности упаковки, ухудшая массогабаритныеифункциональныепараметрыМЭА.

Противоречиясовременноймикроэлектроникиопределяютитенденцииее развития:

комплексное решение проблемы микроминиатюризации, включая идеологиюразработкиустройствавцелом,предельноеуменьшениегабаритов, разработку новых методов формообразования конструктивов, техники теплообменаидр.;

созданиеметодовконструированияибазовойтехнологиидляпоточного производстваполупроводниковыхигибридныхИСчастногоприменениясамого различного функционального назначения наряду с использованием крупносерийныхуниверсальныхИС;

переход к новым конструктивно-технологическим решениям формирования ячеек и блоков МЭА благодаря внедрению методов микроэлектроники.

ОдинизметодовсозданияМЭАсзаданнымихарактеристикамиоснованна использованиибескорпусныхИСимикросборок(МСБ)частногоприменения. Известно,чтоиспользованиебескорпусныхполупроводниковыхприборовиИС ведет к существенному улучшению массогабаритных характеристик МЭА. Основнойэффектздесьдостигаетсянестолькозасчетувеличенияплотности размещениякристалловвМСБинакоммутационныхплатах(КП)благодаря болеевысокойплотностивыходныхконтактныхплощадокнакристаллепо сравнениюсплотностьювыводовкорпусированныхИС.

С ростом надежности бескорпусных ИС и ГИС,необходимость в их корпусированииотпадает,есливдальнейшемонигерметизируютсявкорпусе ячейкиилиблока,т.е.достаточнопроизвестисборкуирегулировкуячейкии блока,азатемосуществитькорпусированиеячеекиблокавцелом.

ТакойподходпозволяетсущественноуменьшитьгабаритыимассуЭВС,а также решить вопрос об ихремонтоспособности и снизить трудоемкость изготовленияБИС,входящихвсоставЭВС.

Вместестем,чрезвычайноважнымявляетсяуменьшениеразрывамежду величинамиплотностиупаковкиэлементов,достигнутойвБИС,иплотности упаковкиконструктивоввячейкахиблокахЭВС.

Применение бескорпусных МС потребовало дальнейшего совершенствованияКП,т.к.ихконструкцияиплотностьпроводниковбыли оптимизированывсоответствиисплотностью выводовкорпусированныхИС. Новаякоммутационнаяплатавыполненаметодамитонкопленочнойтехнологии ипредставляетсобоймногослойную системуортогональныхпроводниковна анодированнойизалюминиевогосплаваподложкеиполиимидныхпленках. ТакаяКПсосмонтированныминанейнавеснымикомпонентамипредставляет собойсверхбольшую гибридную интегральную МСБ,выполняющую однуили несколькозаконченныхфункций;поэтомуеетакженазываютфункциональной ячейкой(ФЯ).

ДвусторонняяисдвоеннаяФЯ обеспечиваетпримерновдвоебольшую плотностьупаковкиконструктивовпосравнению содносторонней.Однако, увеличениефункциональнойсложностиячеекприводиткобострениюпроблемы

126

созданиянадежнойкоммутациивпределахФЯиодновременнокобострению проблемытеплоотвода.

Обеэтипроблемыуспешнорешаютсяприменениемновогоконструкторскотехнологического варианта производства ФЯ,в котором функции несущей конструкциитеплоотводаиподложкибольшойгибриднойИМСобъединеныи выполняютсяметаллической(изалюминиевогосплава)платой,покрытойслоем анодного окисла,а функции коммутационной платы системой гибких полиимидныхпленокснанесенныминаних(сприменениемтонкопленочной технологии)проводящимидорожками.Наанодированнойметаллическойплате создаетсяодинслойпроводниковирезисторов,адваилиболеечисласлоев коммутации могут быть созданы в виде многослойной полиимидной коммутационнойплаты(МПКП).

Коммутационныепереходысоднойстороныединичнойгибкойплатына другую осуществляетсясистемойметаллизированныхотверстий.Единичные гибкие КП набираются в пакет и присоединяются к анодированной металлической плате методом групповой пайки,для чего на последней предварительноформируютсяконтактныеплощадки,покрытыеприпоем.На полиимидных гибких платах,в соответствии с контактными площадками подложки,имеютсяпереходныеметаллизированныеотверстия.Приподогреве системы подложка гибкие печатные платы в условияхвакуума припой поднимается по переходным отверстиям,и,застывая,образует прочные коммутационныесоединенияиодновременномеханическоекрепление.Для изоляции коммутации между единичными гибкими КП в пакете МПКП используютпрокладкиизполиимиднойпленкиссистемойотверстийвместах межслойныхпереходов.

БескорпусныеБИСидругиекомпонентымогутбытьсмонтированыкакна поверхностиМПКП,такинепосредственнонаанодированнойметаллической платечерезокна,сформированныевКП.Переходы соднойстороны КПна другую втакой ФЯ могутосуществляетсяспомощью гибкихшлейфовна полиимиднойпленке.

Спроектированное на такой конструкторско-технологической базе ОЗУ емкостью1024кбит16-разрядныхсловимеетобъем45см3.АналогичноеОЗУна тойжеэлементнойбазеитрадиционныхплатахзанимаетобъем 135см3. Выигрышвобъемев3разадостигаетсязасчетсокращенияобъеманесущей конструкции и объемаэлектрическихсоединений.По сравнению сФЯ на печатныхплатах,ФЯнаМПКПдостигается5-20-кратноеуменьшениегабаритови массы.

Сравнительная характеристика разводки плат, изготовленных с применениемразныхматериаловиразныхтехнологийметаллизацииприведена втабл.1.

Обоснование выбора материалов для изготовления коммутационной платы

Одним из перспективных конструкторско-технологических вариантов исполнениявнутриблочныхсоединений являетсяприменениемногослойной гибкойМПКП.

Способностьнеоднократноизгибатьсяисвертыватьсявтрехплоскостях, принимать форму корпуса сложной конфигурации, малые толщины и, соответственно,малая масса,повышенная ударопрочность -вот далеко неполныйпереченьпреимуществприменениягибкихМПКПвМЭА.Особенно

127

очевиден эффект применения многоуровневых гибких плат в качестве межъячеечной и межблочной коммутации взамен навесных проводников, плетеныхремней,круглыхиплоскихкабелей.

ВнастоящеевремяприразработкеизделийсгибкимиМПКПвыделились несколькоихконструкторско-технологическихнаправленностей,определяемых дальнейшим повышением требований и монтируемых компонентов в устройствахМЭА:

использование тонкопленочной технологии для создания коммутационных элементов гибких МПКП, включая фотолитографию и вакуумноеосаждениепленок;

комбинированноеприменениегибкихижесткихплат;использование в качестве жестких плат металлических оснований,

покрытых слоем диэлектрика,как конструкционного материала,который наиболееэффективнообеспечиваетжесткостьконструкцийитеплоотводот компонентовприэксплуатацииаппаратуры.

Эти конструкторско-технологические направленности, связанные с развитиемтехникимонтажаМЭАипредъявляютрядспецифическихтребований квыборуматериалагибкихоснований,ктехнологическим операциям при изготовленииплатиМСБнаихоснове.Материалыгибкихполимерныхплатдля МСБ и ячеек МЭА прежде всего должны обладать высокими удельными объемными и поверхностными сопротивлениями,низкой диэлектрической проницаемостьюдляуменьшенияпаразитныхсвязеймеждуэлементамисхем.

Пофизико-механическимсвойствамматериалгибкогооснованиядолжен обеспечивать:

высокуюмеханическуюпрочностьпрималойтолщинеплаты;хорошуютеплопроводность;достаточную тепловую, химическую и радиационную стойкость,

размернуюстабильность;ТКЛР,близкийкТКЛРматериалов,наносимыхнаоснованиеплатыдля

уменьшениявнутреннихмеханическихнапряженийвструктуре.

Кроме того, важными технологическими характеристиками гибких полимерныхплатследуетсчитать:

128

129

технологии)

130