Физико-химические основы технологии неразъемных соединений

5.1. Общие сведения

При сборке радиоэлектронных элементов, функциональных уст­ройств и систем, т.е. соединении их в единое законченное изделие, часто используются неразъемные соединения (НС), обеспечивающие заданную степень надежности электрического и механического кон­тактов. Такие контакты в зависимости от назначения и условий экс­плуатации должны отвечать ряду требований. Например, если контакт создается для электрической коммутации системы, то он должен об­ладать хорошими электрическими свойствами, основным из которых является минимальное значение переходного электросопротивления. Контакт двух и более конструктивных элементов ЭА может формиро­ваться, например, для герметизации корпусов микроэлектронных уст­ройств. В этом случае основное требование к соединению - герме­тичность, т.е. отсутствие пор, отверстий, трещин и т.п. Иногда неразъемные соединения используются в ЭА для чисто механического сочленения конструктивных элементов изделия. Этот случай является предметом технологии неразъемных соединений в машиностроении.

Наиболее распространенными методами создания НС являются сварка, пайка, накрутка и клейка. Эти методы применяются как для формирования электрических, так и механических соединений.

Электрические соединения производятся на четырех конструк­тивно-технологических уровнях:

1) внутрисхемные соединения в ИМС;

2) соединения ИМС и других электронных устройств внутри кор­пусов;

3) контактирование отдельных устройств на печатных платах (ПП);

4) коммутация ПП и типовых элементов замены (ТЭЗ).

Для соединения внешних выводов кристаллов полупроводниковых ИМС с их корпусами используется главным образом сварка, в гибрид­нопленочных ИМС и микросборках часто, а в ПП преимущественно - пайка. Накрутка производится на более высоком уровне - жгутовом соединении блоков РЭА. Склеивание применяется в основном для мон­тажа и крепления паяемого или свариваемого соединения, а также механического (там, где этот способ более эффективен, чем пайка и сварка, или последние невозможно осуществить), иногда клейка при­меняется для создания электрического контакта (клейка контактола­ми).

При создании любых НС к соединяемым поверхностям предъявля­ются жесткие требования в отношении их физической и химической чистоты, степени шероховатости, а также природы свариваемых или паяемых материалов, так как эти факторы влияют на качество соеди­нения. Выбор соединяемых материалов ограничен конструкцией изде­лия и, как правило, не может быть изменен без серьезных причин, тогда как набор методов очистки соединяемых поверхностей доста­точно широк.

Важнейшими аспектами проблемы создания НС в ЭА являются обеспечение хорошего электрического контакта (с минимальным пере­ходным сопротивлением) и надежного (механически прочного) сцепле­ния соединяемых элементов конструкций, а также стабильность этих параметров в различных условиях эксплуатации.

Часто считают, что любое соединение является годным с элект­рической точки зрения, если общая площадь контактной поверхности равна или больше площади поперечного сечения соединяемых провод­ников. Это верно только в том случае, когда зона контакта имеет ту же (близкую) структуру, что и соединяемые материалы. Если же физико-химическая природа зоны контакта и соединяемых материалов различна, то правильнее выбрать критерием качества электрического контакта (соединения) отношение плотности тока J_c, протекающего через соединение, к плотности тока J_м, протекающего через соеди­няемые материалы. В этом случае учитывается не кажущаяся, а эф­фективная площадь поверхности соединения. Условие качественного электрического контакта

J_с/J_м > 1. (5.1)

Для улучшения электрического контакта при соединении матери­алов применяют специальные электропроводящие материалы в качестве дополнительного промежуточного слоя (припоя, проводящего клея и т.д.).

При образовании электрического соединения к собственному сопротивлению проводника R_Ме добавляется переходное сопротивление R_п, возникающее за счет появления неоднородностей в соединитель­ном слое, а также сопротивление третьего (соединяющего) материала Rс.м. Следовательно, общее сопротивление области соединения

R_общ = R_Ме + R_п + R_с.м. + R_пл, (5.2)

где R_пл - сопротивление оксидных и других пленок на поверхности

контакта.

При передаче электрических сигналов их искажения в местах контактов зависят от характера изменения электрического сопротив­ления в соединительном слое. Поэтому технология формирования электрического контактов должна оказывать минимальное влияние на прохождение сигналов, что важно для слаботочных цепей, использу­емых в микроэлектронных устройствах.

Прочность соединения является важным параметром качества НС, обеспечивающим его надежную работу в процессе эксплуатации.