Заводян Лабораторный практикум

Таблица5

Справочнаятаблица(сведенияобэлементнойбазе)

81

82

Для других ячеек ЭВС необходимые данные выбирать по аналогии с указанными.

*Измерить,пользуясьлинейкой. **Пересчитатьсучетомшагавыводовнеболее1,25мм.

6.Заполнитьформутабл.6,

Форматабл.6 РезультатыизученияФЯ,изготовленнойсприменениемТПМ

83

Для заполнения формы Табл.б следует использован* заданную функциональную ячейку.Изобразитьалгоритм ТП сборкиимонтажаданной ячейкисприменениемАСУТП, 7.Ввыводахкработеотразитьнетолькомнениеополученныхрезультатах,пои сооб¬раженияпоулучшениюТПсборкиимонтажаячейкиЭВС,атакжеуказать критерииоценкиэффективноститехнологийвТПМ.

Требованиякотчету

Отчетдолженсодержать: 1)титульныйлист.

2)цельработыикраткийконспекттеоретическихсведений.

3)заполненныеформытабл.4и6.

4)алгоритмТПсборкиимонтажаданнойячейкиЭВС.

5)выводыпопроделаннойработе.

Контрольныевопросы

1.ПочемуТПМназывают4-йреволюциейвэлектронике?

2.КакиесуществуютпроблемывТПМ?

3.ЗасчетчегоповышаетсякачествоизделийвТПМ?

4.Объясните,почемуТПМстараютсяинтенсивновнедрятьвпроизводствоЭУ?

5. Каковы основные особенности навесных компонентов в ТПМ (корпусированныхибескорпусных).

6.Чем отличаются коммутационныеплаты (КП)для ТПМ оттрадиционно использовав¬шихсяплат? 7.ПочемудляоценкипреимуществТПМиспользуютКэпс?Каковегосмысл? 8.Чтотакоекоэффициентминиатюризации?Длячегооннужен?

9.Дайте определение коэффициенту К2 и поясните его роль в оценке эффективностиТПМ. 10.Чтовызнаетеостепенисмешанностикомпонентовичтоонаопределяет? 11.НазовитеипояснитесредстваповышенияэксплуатационнойнадежностиЭУ, изготав*ливаемыхсприменениемТПМ. 12.КаковыпреимуществаТАВ-компонентов? 13.НазовитепричинынежелательногоиспользованияСОВ-компонентов. 14.КакиетехнологииизготовленияКПнаиболееперспективныдляТПМ? 15.ПочемувТПМнаиболееважноиспользоватьбезынструментальныеспособы пайки? 16.НазовитеосновныекритерииоценкиэффективноститехнологийвТПМ. 17.ПочемувТПМважномаксимальноеиспользованиеЭВМ? 18.ЧемотличаютсякорпусанавесныхПМ-компонентовотобычныхдляТМ? 19.Чтособойпредставляютсуперкомпоненты?Приведитепримеры. 20.ПояснитезначениеиназначениеСАПРвТПМ.

Рекомендуемаялитература

84

1.МэнгинЧ.-Г.,МакклеландС.Технологияповерхностногомонтажа.Будущее технологиисборкивэлектронике,-М.:Мир,1990. 2.ЗаводянА.В.,ВолковВ.А.ПроизводствоперспективныхЭВС.4.2.-М.:МИЭТ, 1999.-280с.

3.Конспектлекцийпокурсу"ТехнологияЭВС".

85

Лабораторнаяработа№5

Сборкаимонтажфункциональнойячейкинамногослойнойкерамическойплате.

Цельработы:1)ознакомитьсясреальным изделием,изготовленным с применением техники поверхностного монтажа(ТПМ);2)изучитьосновные технологические операции изготовления многослойных керамических коммутационныхплат(КП),атакжеэлементнуюбазуиматериалы,используемые длясозданияфункциональнойячейкисприменением даннойКП;3)изучить спецификусборкиивысокоплотногомонтажаприизготовлениифункциональной ячейкинамногослойнойкерамическойКП.

Продолжительностьработы–4ч.

Теоретическиесведения

Составкерамическогошликера

Заготовкойдляизготовлениямногослойнойкерамическойплаты (МКП) служиткерамическаяпленка,полученнаяизшликераобычнымлитьем.

Керамический шликер (густая тестообразная масса из смеси тонкоразмолотых исходных материалов)для изготовления пленки должен состоять,восновном,изследующихкомпонентов:

минеральнойчасти,котораяпослеобжигаобразуеткерамическоетело;связки,удерживающейпослеизготовленияпленкичастицыминеральной

части;растворителя,который,растворяясвязку,способствуетравномерному

распределениюминеральныхчастицвобъемесвязки. Крометого,взависимостиотспособаполученияпленкивсоставшликера

вводят дополнительные компоненты, например, пластификатор, обеспечивающийэластичностьпленкипослеудаленияизнеерастворителя,что неизбежнопроисходитвпериодсушкипленки.

Дляулучшениягомогенностисистемы“твердоетело–жидкость”всостав шликерадобавляютповерхностно-активноевещество(ПАВ).

Минеральнаясоставляющаяшликерасостоитизкерамическогоматериала маркиВК94-1,который(согласноОСТ11.027.018)содержит: –94,4%; –

2,8%; –2,3%; –0,5%.

Вкачестве связки используют: ацетат целлюлозы, полиакрилат, полиметилметакрилат,поливинилбутираль,акрилин“Б”идр.

Учитываямноголетнийопытпроизводствамногослойныхкерамических корпусов,вкачествесвязкицелесообразноиспользоватьполивинилбутираль марки“ПШ-1”(поГОСТ9432),которыйобладаетлучшимипленкообразующими свойствами.Принормальныхусловияхполивинилбутиральпредставляетсобой твердоетело,поэтомупередприменениемегорастворяютврастворителе.

Вкачестве растворителей обычно применяются спирты.Чаще других используют этиловый спирт (ГОСТ 17299),который хорошо растворяет поливинилбутираль и другие органические добавки и способствуетлучшей смачиваемостисвязкойиПАВчастицминеральнойчастишликера.

Помимоэтиловогоспиртаодновременновкерамическийшликервводяти трихлорэтилен (ГОСТ 9976).Он выполняетроль разбавителя уже готового раствораполивинилбутиралявспирте.

Следуетпомнить,чтотрихлорэтилентоксичен.Предельнодопустимаяего

86

концентрацияввоздухе–10мг/м3.Этобесцветная,летучая,негорючаяжидкость вдиапазонерабочихтемператур.

Дляобеспеченияпластичностикерамическойпленкиворганическуючасть шликеравводитсяпластификатор.Приэтомматериалпластификаторадолжен хорошосочетатьсясдругимиорганическимикомпонентами,т.е.образовыватьс ними устойчивые композиции и обладать малой летучестью в системе “поливинилбутираль-пластификатор”.

Обычновкачествепластификатораиспользуютдибутилфталатмарки“Ч” (ГОСТ2192),представляющийсобойприкомнатнойтемпературебесцветную маслянистую жидкость.Можноприменятьтакжеимарку“технический”(ГОСТ 8728Е).Этимаркидибутилфталатаобладаютмалойлетучестью ивысокими пластифицирующимисвойствами,снижаютсцеплениеотлитойпленкислентой– носителем.

Назначение ПАВ состоит в удержании диспергированных частиц во взвешенном состоянии,при этом увеличивается стабильность суспензии шликера.ПослеудалениярастворителяПАВ способноувеличиватьадгезию связкииминеральныхчастиц,чем можетзначительноснижатьколичество связки в составе шликера,а значит пористость и коэффициентусадки керамическойзаготовки.

В качествеПАВ используютполиоксиэтилен – алкиламид,получаемый оксиэтилированиемамидов,выпускаемыйподторговоймаркой“Синтамид-5”(ТУ 6-02-640).Таккак“Синтамид-5”содержитдо7%воды,еговведениевшликер осуществляютввидеспиртовогораствора.Этиловыйспиртприэтомвыступает в роли растворителя ПАВ и локализатора воды,обеспечивая хорошее смачиваниеПАВчастицминеральнойчасти.

Технологияприготовленияшликера

Керамический материал марки ВК94-1 (согласно ОСТу 11.027.018) поставляетсяввидепорошкастонкостью помола,характеризуемойудельной поверхностью его распределения см2/г.С целью удалениявлаги, адсорбированнойнаповерхностяхчастиц,порошокподвергаетсяпрокаткепри Т=600оС в течение 6-7 часов.При этом возможно попадание в порошок органических загрязнений (кусочков картона,бумаги,ткани и др.),и для избежанияэтогопорошокпросеиваютнавиброситеМ11-29черезкапроновую сетку№32.

Как уже упоминалось, в качестве органической связки выбирают поливинилбутиральмаркиПШ-1,представляющийсобойтвердоетело.Поэтому егосначаларастворяютвэтиловомспирте(всоотношенииповесу22части поливинилбутираляи78частейэтиловогоспирта)вхимическомреактореХР-10, содержащем вращающиесялопасти.Процессрастворенияиперемешивания происходитнеменее6часов.Готовыйраствордолженпредставлятьсобой однороднуюмассубезкомочковисгустков.

Когда основные компоненты шликера, требующие предварительной обработки,подготовлены,необходимопроизвестирасчетивзвешиваниевсех компонентовсогласнотребуемомуколичествушликераиследующемурецепту: керамическийматериал(послепрокатки)– 44,043% (повесу);синтамид-5– 0,115%;спиртэтиловый–2,66%;растворполивинилбутиралявэтиловомспирте– 5,76%;трихлорэтилен–21,78%;дибутилфталат–4,826%;отходыпленки–20,816%.

Процессприготовленияшликераначинаетсясосмешиваниякерамического порошкассинтамидом-5(С-5).ДлялучшегосмешиванияС-5предварительно растворяютвэтиловомспиртевсоотношении1:1.Смеськерамическогопорошка

87

иС-5втечение2-хчасовперемешиваютвбарабанеМШК-100привесовом соотношениичастейсмесиимелющихтелЦМ-3321:1.

Для второго смешивания в приготовленную смесь загружают трихлорэтилен,остатки этилового спирта,отходы пленки.Отходы пленки используютнетолькосцелью экономиикерамическихматериалов,ноидля приданиястабилизирующихсвойствшликеру.

Введение в смесь отходов пленки уменьшаетразброс температурного коэффициента линейного расширения (ТКЛР)керамических изделий после обжига. Эта смесь перемешивается в барабане МШК-100 при весовом соотношениисмесиитвердыхтелЦМ-3321:1втечение8часов.Вконцевторого смешивания органическая и минеральная части шихты равномерно распределяютсявобъемежидкоймассы.

Назаключительнойстадииприготовлениякомпозициивбарабанвводится дибутилфталат,послечегосмесьсноваперемешиваетсявтечение16ч.Навсех операцияхсмешиванияскоростьвращениябарабанасоставляет50об./мин.

Технологияполучениякерамическойпленки

Готовыйшликерпередлитьемподвергаетсявакуумированиюдляудаления газовыхпузырьковизобъемажидкоймассы.Привакуумированиизаметно снижается температура шликера до +2 ÷ +10оС.Это происходит за счет интенсивногоиспарениятрихлорэтиленаиэтиловогоспирта.Вязкостьшликера возрастаетдо90-110пуаз*.Послеповышениятемпературыдо15-18оСвязкость снижаетсядо60-80пз.

Обычно литье ленты происходитпри температуре 22-25оС и вязкости шликера 60-80пз.Экспериментальноустановлено,чтотакиеусловия являютсяоптимальнымисточкизрениятехнологичностипроцессалитьяи качестватонкихкерамическихпленок.

Литьешликераосуществляетсянаподложку(несущую пленку).Подложки для получения керамических пленок должны удовлетворять следующим требованиям:иметь гладкую,ровную,без сетки трещин,складок и резко выраженныхпродольныхи поперечныхполосповерхностьи минимальный процентотносительногоудлиненияприрастяжениивпродольномипоперечном направлениях;не вступать в химическое взаимодействие с компонентами шликера;обладатьтермостойкостьюпримногократномнагреведотемпературы 150оС.Обычноподложкадвижетсясоскоростью150мм/мин.Подложкаможет быть из тетрафторэтилена (тефлона),полиэтилентерефталата (майлара),из ацетилцеллюлозы.Попыткиподобратьдругиематериалыдлянесущейпленки, которыебынедавалиусадку,неувенчалисьуспехом.Предполагается,чтоусадка несущейпленкипроисходитвследствиепоглощениярастворителяиобменных реакциймеждупластификаторами.

Электроизоляционная полиэтилентерефталатная подложка является наиболееуниверсальнойиширокоприменяемойвпроизводстве,обеспечивает получениезначительныхподлинеишириневысококачественныхкерамических пленок.Онаотличаетсяхорошейтермостойкостью,таккакпринагревеонане претерпеваетникакихизмененийвинтервалетемпературот 60до+155оС;она нетоксичнаинеподверженасамовоспламенению(гориттольковоткрытомогне). Подложкаизполиэтилентерефталатапослеснятияснееотлитойкерамической ленты не деформируется,что позволяет ее многократно использовать в производстве.

Получаюткерамическую пленкуналитьевоймашине(например,марки ХЦЭ.243.000.000).Обычнотолщинапленкисоставляет0,2±0,02мми0,3±0,02мми

88

регулируетсяскоростьюдвиженияленты-подложкиизазороммеждуфильеройи подложкой-носителем.

Черезрегулируемую щельфильеры шликериздозирующегорезервуара вытекаетнаподвижную подложку(ленту-носитель)изполиэтилентерефталата. Лента-носитель,перемещаясь внутри вдоль литьевой машины,проходит последовательнонесколькозон,вкоторыхпроисходитпревращениеразлитого шликеравпленку.

1зона:зонаинтенсивногоиспарениялегкихфракцийорганическойчасти шликера.Протяженностьэтойзоныоколо1м.Конструктивноонавыполненав видеколпакаизоргстекла.Под колпаком образуетсяатмосфераизпаров трихлорэтиленаиэтиловогоспирта.

2зона:зонасушкиинфракрасными(ИК)лампами(онаимеетдлинуоколо1 м),в которой растворители удаляются не только споверхности,но и из внутренних слоев шликера. Этим создаются условия,предотвращающие образованиетрещинпридальнейшейсушкеленты.

3зона:зонавентиляторнойсушки,приэтомв1-йееполовиневоздухс температурой+45оСподаетсяпоходудвиженияленты,аво2-й– воздухс температурой+55оСподаетсяпротивдвиженияленты.

Пройдячерезвсетризоны,пленкахорошоотделяетсяотленты-носителяи наматываетсянабобину.Пленканабобине,упакованнаявполиэтилен,может хранитьсядлительноевремя(4-6месяцев),нетеряясвоихсвойств.

ПовнешнемувидупленкаизматериалаВК 94-1должнаиметьсветло- коричневыйцвет.Поверхностьдолжнабытьровнойбезпостороннихвключений, пузырей,раковинитрещин.

Получениезаготовокдлямногослойныхкерамическихплат

Перед получением заготовок из керамической пленки необходимо определятьихразмеры заготовкисучетом усадкикерамики(Ку)впроцессе последующегообжига.

Известно,чтоприобжиге,вследствиевыгораниячастицминеральнойчасти пленки,происходитуменьшениеееразмероввтрехизмерениях.Впроизводстве корпусов Ку составляет 1,11-1,18.Однако в разработанной отечественной технологииизготовленияМКПудалосьснизитьКудо1,155.Этодостигнутоза счетповышенияплотностипластифицированнойкерамикидо2,57±0,01г/см3 (приизготовлениикорпусовплотностьсоставляет2,45±0,01г/см3).Повышению плотности керамики способствовали также правильно выбранные технологическиережимывыполненияотдельныхопераций,напримертаких,как пробивкаотверстий,прикоторойпластифицированнаякерамикаподвергается

давлению 100кг/см3,и замоноличиваниеструктуры МКПпридавлении:200 кг/см3.

Экспериментально с использованием статистического анализа был определендлякерамическихКПКу=1,155,поэтомуразмерырабочегополяКПв сыромвиде(еслиуготовойКПэтиразмерысоставляют100ммх120мм)могут бытьопределенывыражением:

мм

Крометого,втехнологическихтребованияхкконструкцииКП обычно указывают,чтозаготовкадолжнаиметьбазовыеотверстиядляееразмещения наустановкеметаллизации;контрольныеотверстиядляпроверкиправильности иточностисборкизаготовоквпакет;иметьполя(запределамирабочегополя 115,5мм х138мм)длямаркировкиномераслояиномераКП идр.Таким

89

образом,размеры заготовкислояКП,котораяпослеобжигадолжнаиметь размеры 100 мм х120 мм,были установлены сучетом вышеуказанных требованийравными140ммх180мм.

ДляполучениязаготовокКПнамотаннаянабобинекерамическаяпленка вручную разрезаетсянаотрезкидлиной160мм.Затемзаодинходпрессав беспуансонном штампеспомощью пуансон-копиравзаготовкепробиваются отверстия диаметром 0,45+0,05 мм для межслойных переходов;базовые контрольные отверстия;номера слоя и платы,а также наружный контур заготовкислоя.

Наличиемножестваотверстийдиаметром0,45мм(более2000шт.)вслое превращаетоперацию полученияотверстийводинизважнейшихэтаповв технологии изготовления КП, от решения которой зависят техникоэкономическиепоказателипроизводстваМКПвцелом.

Выборспособаполучениямножестваотверстий

вслоепластифицированнойкерамики

Изширокораспространенныхспособовполучениянебольшихотверстий применительнокпластифицированнойкерамикеможноназватьследующие:

штамповка;испарениематериалапленкиспомощьюлазерноголуча;пробивкаотверстийструейводыподбольшимдавлением. Еслиучесть,чтокаждаяКПимеет7-10слоев;каждыйслойсодержитв

среднем 1000-1500 отверстий; в производстве находится одновременно несколько типов разных КП и,что изготовление,ремонти обслуживание десятковштампов(каждыйизкоторыхсодержитвсреднем1000-1500пуансонов0,45 мм) требуют больших трудовых затрат,то становится очевидной невозможностьпрактическойреализациипервогоспособа.

Второй и третий способы, несмотря на такие достоинства, как технологическаяпростотавыполненияоперации,возможностьавтоматизациии программирования, иногда не могут быть применены из-за отсутствия технологическогооборудования.

Задачапробивкимножестваотверстиймалогодиаметрабыларешенас помощью специальнойбеспуансоннойконструкцииштампа.Втаком штампе рольпуансоноввыполняетэластичнаяупругаяподушкаизполиуретана(марки “СКУ-7П”).НавсеслоиКПвыбранногогабаритногоразмераможетприменяться одинитотжештамп.Сменнымконструктивомштампаявляетсяпуансон-копир, изготовленныйдлякаждогослояКПсмежслойнымпереходом.Онпредставляет собойстальнуюпластинутолщиной1-2ммсгабаритнымиразмерами,примерно равнымгабаритнымразмерамзаготовкислоя.Наповерхности,соответствующей рабочемуполюзаготовкислоя,сверлятсяотверстиядляполучениямежслойных переходов.Количествоикоординатыэтихотверстийсоответствуюттопологии слоя.

Другаячастьотверстийспостояннымикоординатамиделаетсянаполях пуансон-копираиобеспечиваеттехнологическиетребования.

Для производства КП размером 100 мм х 120 мм спроектирован специальныйштампШИЩ-2482дляработынапрессе“GK-360”фирмы“Гренебер” (ФРГ).Впринципе,операцию можнопроводитьнагидравлическом прессес усилием не менее 250 т для обеспечения удельного давления на всей поверхностизаготовки800-1000кг/см2.

Несмотря на кажущуюся простоту конструкции пуансон-копира, его изготовлениепотребовалорешенияотдельныхтехнологическихзадач.

Входеисследованияпроцессапробивкиотверстийвыбранным методом

90