Заводян Лабораторный практикум

Времяхраненияпослеобезжиривания1-2минуты. Гальваническоемеднениеосуществляетсядляусилениянапыленноймеди,

приэтомиспользуютсяследующиематериалы:электролитмеднения;анодысвинцовые;медьуглекислаяосновная;кислотасерная;кислотаполиакриловая;травительмеди;окисьхрома.

Последовательностьоперацийследующая:промывкаподложкиструейвтечение1-2минут;декапированиемедивтечение10-15сек.(дляудаленияповерхностного

слоямеди);глухаяпромывкавтечение3-10сек.иструйнаяпромывка,атакжесушка

подложеквтечение120-140сек. Дляэлектрохимическогоосаждениясплаваолово-висмутиспользуются

материалы:анодыоловянные;электролитолово-висмут;оловосернокислое;кислотасерная;травительмеди.

Приосажденииметалловвэлектролитахплатупомещаютпоочередно:вваннудекапирования(на10-15сек);вструюпромывки;вваннусэлектролитом,содержащимолово-висмут;

Время,где

времяосаждения(ч);

заданнаяплощадь(мкм); скоростьосаждения(мкм/ч);

вваннуглухойпромывки(на3-10секунд);вструюпромывки;

затемследуетсушкавцентрифуге120-140секунд(при5-7тыс.обор./мин). Притравлениихрома,мединанерабочихучасткахКПдопробельныхмест

времятравлениясоставляетдляхрома6минут,адлямеди-неболее2минут. ПриконтролекачестваизготовленныхплатсдвухстороннейразводкойКП

следуетучитывать,что:

на плате должен быть указан децимальный номер,состоящий из последнихчетырехцифрномерачертежаидвухцифрномераисполнения;

цветпокрытияолово-висмут серый; Недопускаются:

срезанные углы,разрезы и надрезы краев платы,механические поврежденияближе50мкмоткоммутационныхэлементов;

сквозныепротравы размером более1000мкм ипротравы размером

141

более500мкм,задевающиеэлементыводномслое;сквозныепротравы,задевающиеконтактнуюплощадкунаглубинуболее

50мкм;остаткиметаллизации,уменьшающиезазормеждуэлементамиболее

чемна40мкм;следы отслаивания элементов отполиимидного основания (задиры

краев элементов)и отдельныхслоев (SnBi,Сu)отпоследующих(задиры, вспучивания);

видимыеразрывыэлементов;отсутствиечастиконтактнойплощадкииз-заподрезания;наличие дефектов, в том числе металлизированных раковин,

уменьшающихплощадьконтактнойплощадкиболее,чемнаоднутреть,приэтом размернеповрежденнойчастидолженбытьнеменее150х250мкм;

оплавлениепокрытияSnBi;отсутствиеилипотемнениеметаллизацииболеечемнаполовинудлины

окружности;назащитномпокрытиинедопускаютсядефектыболее50мкм. Примечание.ПриизготовлениидвухстороннейКПнаполиимиднойпленке

следуетучитывать,что:

подложка должна соответствовать техническим условиям на полиимиднуюпленку;

наподложкенедолжнобытьзаломов,царапин;времяхраненияплатмеждуоперацияминедолжнопревышатьвремени,

указанноговтехнологическойдокументации;хранение и транспортировку плат между операциями необходимо

осуществлятьвтаре,установленнойвэксикаторесотожженнымсиликагелеми силикагелем-индикатором,иливлюбойдругойтаре,обеспечивающейусловия храненияитранспортирования,предусмотренныеруководящейдокументацией;приперерывахвтехнологическом циклеизготовленияплаты должны находитьсявусловияхсконтролируемойсредойспараметрами,указаннымив технологическойдокументации;дляэтогоприменяютсяшкафы сзащитной

газовойсредойлюбоготипа;платы при длительном хранении должны быть упакованы во

влагозащитнуюупаковку(полиэтиленовыепакеты);общийциклизготовленияплатнеболее3месяцевпримежоперационном

хранениившкафусзащитнойатмосферой.

При изготовлении многослойной КП на полиимидной основе, все описанные этапы осуществляются для набора заготовок (подложек), отличающихся рисунком металлизации и расположением переходных металлизированныхотверстий длямежслойной коммутации.Одновременно изготавливаютсяипрокладкиизполиимиднойпленки,послечеговыполняется контрольвсехзаготовок.

СборкаимонтажБИСнаМПКП

Рассмотрим вначале методы присоединения выводов от кристаллов бескорпусных ИС к контактным площадкам плат.При сварке золотых проводников с контактными площадками подложек наиболее широко используется следующие разновидности термокомпрессионной сварки: односторонняясваркаскосвеннымимпульснымподогревомиодносторонняя

142

контактнаясваркарасщепленным (сдвоенным илистроенным)электродом. КосвенныйимпульсныйнагревосуществляетсяприподачиимпульсатоканаVобразныйпуансон (электрод)вмоментсварки.Присваркерасщепленным электродомимпульстокапроходитчерезсоединяемую проволоку,пуансони контактную площадку.Этимдостигаетсябольшаялокализациятеплавместе сварки,чтоособенноважнодлямонтажамикросборок,когданедопустимобщий подогрев подложки.Наиболее благоприятные режимы сварки сдвоенным электродомприведенывтабл.3.

Дляприсоединенияпроволочныхвыводовиззолотаимедикконтактным площадкам МСБ и ячеекчасто используетсябесфлюсоваяпайкамягкими припоями,длячегоконтактныеплощадкипредварительнообслуживаются.

В случаепримененияфлюсовойпайки,когдаоблуживаниеконтактных площадокневозможно,нецелесообразноиспользованиереакционно-способных флюсов;дажетакиесоединения,какканифольиспиртовойрастворнаееоснове, часто нежелательны для применения.В такой же степени неприемлемы глицерино-кислотныефлюсы(муравьинаяиуксуснаякислоты).Вовсехслучаях примененияфлюсовойпайкинеобходиматщательнаяочисткаидажеотмывка местсоединений.Дляуменьшенияскоростирастворенияпленкиметаллав припоевегосоставвводятматериалпленки.

При пайке проводников на подложки микросборок и ячеек наиболее широко используется метод импульсного косвенного нагрева с подачей импульсатокаотзаряженногоконденсатора(времяразряда6мс,емкость конденсатора300-350мкФ).

Присоединение золотых проводников к контактным площадкам на полиимиднойпленкепроизводитсякактермокомпрессионнойсваркой,таки пайкой.Однакоприэтом недопустимодажекратковременноепревышение температурывзонеприсоединениясвыше450°С,иначевследствиелокальной деструкцииповерхностипроисходитотслоениеконтактныхплощадок.

Таким образом,длясваркинаполиимидесуществуетобластьзначений выделяемоймощностиивремяимпульса,когдапрочностьнаотрывсоединений максимальна:прималойвыделяемоймощностиеенедостаточнодлясоздания необходимойтемпературыприсварке;призначительнойвыделяемоймощности температурав местеконтактапревышает450°С,и вследствиедеструкции

143

полиимидапроисходитразрушениеповерхностиплатыиотслоениеконтактной площадки.Аналогичныерассужденияможнопривестидляанализазависимости от времени импульса.Усилие разрыва при сварке золотой проволоки диаметром 40 мкм сконтактнойплощадкой 200 х200мм наполиимиде составляетнеменее100мНприкосвенномимпульсномнагревеи140мНпри одностороннейконтактнойсварке.

Присваркенаанодированныйалюминийчрезвычайноважно,чтобы во времяпроцессанеобразовалосьтрещин,аэтозначит,чтонитемпература,ни давлениенапуансоннедолжныпревышатьдопустимыезначения.Критические значениядавлениялежатв области (3-10)10 Н/м,при большем значении контактныенапряжения,возникающиеприсварке(которыевлюбом случае снижают критическую температуру),приведут к возникновению трещин в оксидномслоеLIC.

Домашнеезадание

1.Ознакомитьсясоперациямисборкиимонтажафункциональнойячейки согласно описанию и нарисовать структурную схему ТП изготовления функциональнойячейкинаМПКП,включаяТПизготовлениясамойМПКП.

2.Зафиксировать в конспекте основные преимущества полиимидной пленкииееособенности.

3.Подготовитьформутаблицы4.

4.Подготовитьответынаконтрольныевопросы.

Лабораторноезадание

1.Изучить технологические операции при изготовлении МПКП и изготовленииФЯнаэтойМПКПипоследовательностьоперацийнамакетных образцах,описавихвотчете.

2.Заполнитьформутабл.4порезультатамизученияобразцов.

3.Составитьотчет(всоответствиистребованиямикотчету),отразивв выводахнаиболееперспективныепроцессысборкиимонтажаФЯ.

Макетныеобразцыкработе

Длявыполненияработы используетсякассетасмакетнымиобразцами, представляющимисобойразличныезаготовкидляМПКП,взятыенаразных этапахееизготовления,готоваяМПКПиготоваяФЯ,смонтированнаянаМПКП.

Примечание. При работе с макетными образцами необходимо предварительнонадетьнатриосновныхпальцакаждойрукинапальчники.

Порядоквыполненияработы

Получитьдопускквыполнению работы;получитьулаборантакассетус макетнымиобразцамииуказаниялаборанта,касающиесярабочегоместа.На рабочем местеизвлечьмакетныеобразцы изкассеты ирасположитьихв соответствии справильной последовательностью выполненияопераций по изготовлениюМПКПиФЯ;определить,предварительноизкакойоперациивзят образец.

Проверить правильность выбранной последовательности операций с привлечениемпреподавателя.

144

Заполнитьформутабл.4порезультатам изучениямакетныхобразцов, теоретическихсведений,изложенныхв описании данной работы,включая приложениекней,атакжерекомендуемойлитературы.

Сформулироватьвыводыкработе,отразиввнихперспективныеспособы сборкиимонтажа,приемлемыедляизготовленияданнойФЯ.

Требованиякотчету

Отчетдолженсодержать:

145

1.титульныйлист;

2.цельработыикраткиетеоретическиесведения;

3.схемуТПсборкиимонтажаФЯ,включаяизготовлениеМПКП;

4.заполненнуюформутабл.4; 5.выводы по работе,с указанием перспективных способов сборки и

монтажаСБИСнаМПКП.

Контрольныевопросы

1.Назовитеосновныетенденцииразвитиямикроэлектроники.

2.Какие противоречия породили высокие темпы развития микроэлектроники?

3.ПеречислитедостоинстваинедостаткиприменениябескорпусныхИС.

4.Назовитеособенностиизготовлениямногослойнойкоммутации.

5.ДайтесравнительнуюхарактеристикуразводкидляразличныхКП.

6.Обоснуйтевыборметодаизготовлениямногослойнойкоммутационной платы,назовитетребования,предъявляемыекматериаламплаты.

7.Охарактеризуйте особенности полиимидной пленки,используемой в качествеподложкивконструктивахМЭА.

8.Какиеограничениясуществуютпривыборетемпературныхрежимовпри изготовленииМПКПимонтажеБИСнаней?

9.Назовите основные этапы технологического процесса изготовления МПКП.

10.Какиетребованияпредъявляюткплатампривыходномконтроле?

11.Какимспособомосуществляетсяметаллизацияпереходныхотверстийв МПКП?

12.КаковоназначениепокровногоматериалаSn-Bi?

13.Каким способом добиваются требуемой адгезии материалов коммутациикполиимиднойпленке?

14.Почему не все способы вакуумного напыления пригодны для металлизацииполиимиднойпленки?

15.Какие Вы знаете способы микроконтактирования навесных компонентовнаМККП?

16.Какую рольвыполняютпрокладкидляМПКПикакиеэлементы они содержат?

17.Назовитеоднуизосновныхпроблем микроконтактированияБИСна МПКП.Какимобразомрешаетсяэтапроблема?

18.КаковоназначениеанодированногоалюминиевогосплавадляФЯна МПКП?

19.ПочемупослеметаллизацииКП неформируютрисунокпроводящих элементовдогальваническогонаращиваниямеди?

20.Каким образом скрепляют единичные платы с разводкой в неразъемныйпакет?

Рекомендуемаялитература

1.МэнгинЧ.Г.,МакклелландС.Технологияповерхностногомонтажа./Пер.с англ.Подред.Л.А.Коледова-М.:Мир,1990.276с.

2.Монтажмикроэлектроннойаппаратуры./Г.Я.Гуськов,Г.А.Блинов,А.А. Газаров. М.:Радиоисвязь,1986. 176с.

3.Конспектлекцийподисциплине«ТехнологияЭВС».

146

Лабораторнаяработа№ 7

Изучениетехнологическогопроцессарегулировкифункциональногоузла

Цельработы:1)изучитьметодыисредствареализациитехнологического процесса регулировки (наладки) функционального узла (ФУ);2) изучить технологическиеоперацииконтроля,тестирования,идентификацииидр.;3) приобрести практические навыки работы по регулировке конкретного цифровогоФУ.

Продолжительностьработы–4ч.

Теоретическиесведения

Общиесведенияотехнологическомпроцессерегулировкиэлектронных устройств.

Современные электронные вычислительные средства (ЭВС) представляют собой в большинстве случаев сложные изделия с многомодульной архитектурой.Поэтомуобычно,независимо оттипа ЭВС, отдельныеихмодулимогутизготавливатьсявразныхцехах,наразныхучастках предприятия,априкооперировании–насамыхразличныхпредприятиях.Чаще всего,комплектующимиизделиямиявляютсяэлектрорадиокомпоненты (ЭРК), дискретныеиинтегральные,атакжепечатныеплаты,периферийныеустройства идругиеконструктивы.Несмотрянато,чтовсекомплектующиеконструктивы (перед ихсборкой и монтажом вузлы напредприятии-изготовителеЭВС) подвергаются входному контролю,всегда существуют производственные погрешности, порождаемые колебаниями физико-химических параметров материалов,процессов;допускаминаразмерытехнологическойоснасткиидр., атакжеошибки,вносимыенаразныхстадияхжизненногоциклаизделия(в частности, на стадиях проектирования, производства, эксплуатации), существенновлияющиенавыходныепараметры смонтированныхобъектов. Следовательно,послевыполнениясборочныхимонтажныхтехнологических операцийполученныемодулидолжныбытьприведенывтакоесостояние,при которомонимогутнормально(правильно)работатькаквотдельности,такив сопряженнойсистемевсоответствиисихназначением.

Длянормальнойработысмонтированногоэлектронногоустройства(ЭУ) необходимо,чтобыфункциональныепараметры(ФП)всехегоузлов,блокови прочихконструктивовсоответствовалитехническимусловиям(ТУ)илидругой нормативной документации,а входные и выходные параметры каждого конструктивасопрягалисьсвыходнымипараметрамипредыдущегоивходными

– последующего конструктива.Определение правильного взаимодействия конструктивов ЭВС (включая все структурные единицы)и доведение их функциональных параметров и параметров изделия в целом до соответствующихтребованиям ТУосуществляетсянаэтаперегулировкиЭУ. Важно отметить, что именно на этапе регулировки, без изменения схемотехнических решений и конструкции ЭУ,должны быть не только

148

согласованывходныеивыходныепараметрыотдельныхмодулеймеждусобой, ноискомпенсированы(сприменениемразныхметодовисредств)какразброс выходныхпараметровкомпонентов,такипогрешностиизготовлениямодулей разногоуровняпринаименьшихзатратахтрудаивремени.

Такимобразом,применительноксовременнойэлектроннойаппаратуре, регулировкой(отлатинскогоregulare–налаживать,приводитьвнормальное рабочее состояние)называюттехнологический процесс,направленный на оценкуспособностисмонтированногоизделиявыполнятьзаданныефункциии доведение функциональных параметров до величин, соответствующих требованиямТУилидругойнормативнойдокументации,либообразцуготового ЭУ,принятомузаэталон.Естественно,термин"регулировка",оставшийсяв технологии ЭУ по традиции и применявшийся ранее к радиоаппаратуре (содержащей частотно-избирательные и другие узлы с переменными регулировочнымииподстроечнымиЭРК),следуетпониматьзначительношире, чемсовокупностьнастроечных,контрольныхиремонтныхопераций.Несмотря нато,чтовнастоящеевремядляэтапарегулировки в производствеЭУ традиционносуществуетквалификация"регулировщик",процессрегулировки современныхсложныхмногофункциональныхЭВСсразвитойперифериейвсе чащеназываютпроцессомналадки(поаналогиисосложнымтехнологическим оборудованием, включающим электронные, электромеханические, кинематические, оптические и другие узлы). Это свидетельствует о возрастающем разнообразиитехнологическихоперацийнаданном этапеи позволяетпользоватьсяобоимитерминами.

Процессрегулировки (наладки)в условияхпроизводстваЭУ обычно осуществляютмногократно,сначаладлясборочныхединиц(например,ячеек), затемблоков,системит.п.,тоестьвконечномитоге–всегоизделиявцелом.В условиях эксплуатации процесс регулировки может проводиться преимущественнопринарушениинормальнойработы ЭУ,либоприотказах изделий.Однако,наибольший объем работ для налаживания нормальной работыЭУиотдельныхегоконструктивовосуществляетсянастадииразработки изделия(приналаживанииопытнойаппаратуры),когданеизвестно,можетли вообще налаживаемое устройство в данном схемном и конструкторском оформлениинадежнофункционировать.Вобщемслучаеобъемтехнологических операций,используемыхнаэтаперегулировки,можетзависетьнетолькоот функциональнойиконструкторскойсложностиЭУ,ноистадиижизненного циклаизделий,атакжеихконтролепригодности,надежности,технологичности. Вчастности,есливсоставеячейкиЭУиспользуютсякомпонентысжесткими допусками,то на этапе регулировки смонтированного узла выполняется наименьшее количество технологических операций (рис. 1,а),то есть налаживание в данном случае может быть сведено преимущественно к проведению контрольно-измерительных операций. Это не всегда может оказаться экономически оправданным, так как высокопрецизионные технологии создания как компонентов,так и узлов,их использующих, значительно дороже обычных.На практике чаще реализуются операции, представленные на рис. 1, б, осуществляемые в условиях серийного производства, в том числе и доводочные операции, позволяющие компенсироватьразличныепогрешностииошибки,вносимыеприизготовлении ЭУ.

Таким образом,для ЭУ различного назначения и конструкторской

149

сложностисразнымидопускаминавыходныепараметры,ТП регулировки (наладки)представляетсобойсовокупностьбольшогочисласпецифических операций, требующих разнообразных контрольно-измерительных и программных средств.Упрощенно схемуосновных операций типового ТП регулировки(наладки)ЭУможнопредставитьввидесхемы,изображеннойна рис.2.

Рис.1.СхематическоепредставлениеосновныхоперацийТПрегулировки ЭУ;а – безиспользования доводочныхопераций;б – сиспользованием доводочныхиимсопутствующихопераций;ОР–объектрегулировки;КЦМС– контроль целостности механических соединений;ИОК – идентификация оценочныхкритериев;КЦЭЦ–контрольцелостностиэлектрическихцепей;КФП

–контрольфункциональныхпараметров;ПСИ–приемо-сдаточныеиспытания; ОКК– оценочный критерий при контроле;ОКТУ – оценочный критерий по техническимусловиям(ТУ)илипотехнологическойинструкции(ТИ),либопо другому нормативному документу; ФПК, ФПТУ(ТИ) – соответственно функциональныепараметры,контролируемыеизаданныевТУ (ТИ);ДУ – дефектыустранены;ИФП-идентификацияфункциональныхпараметров;ТП– технологическийпроцесс;ЭП-электрическиепараметры.

НазначениеиособенностивыполненияоперацийТПрегулировки (наладки)ЭУ

Основными техническими документами, используемыми регулировщикамидляналадкиЭУвединичномимелкосерийномпроизводстве являются:ТУ,технологическиеинструкции(ТИ)иреже–маршрутныекарты (МК).Регулировщикдолженхорошознатьнетолькоосновнуюдокументациюна изделие,ноичеткопредставлятьработуизделия(объектарегулировки(ОР)),а также требования,предъявляемые к ОР в процессе эксплуатации.Для качественноговыполнениятехнологическихоперацийнаданномэтапеважно правильно организовать ТП, включая оборудование рабочего места регулировщика.Вчастности,точностьприменяемойизмерительнойаппаратуры

150