1 Технология и оборудование монтажа кристаллов силовых полупроводниковых приборов на ленты–носители и кристаллодержатели. Особенности сборки MOSFET и IGBT транзисторов. Применение термокомпенсаторов. Технология вибрационной пайки. 2
2 Монтаж кристаллов многовыводных интегральных микросхем жестко организованными выводами: Flip–Chip, BGA. Монтаж и демонтаж корпусов BGA. Особенности контроля качества паяных соединений. 5
3 Технология и оборудование монтажа COB (кристалл на плате). Основные достоинства технологии COB. Области применения COB (smart–cart и др.). 9
4 Многокристальные модули (МKМ): конструктивные особенности, выбор материалов подложки, технология сборки. Внутренний монтаж кристаллов на подложки из алюминия. 12
5 Электронные микромодули с 3–D интеграцией, классификация структур, конструктивные особенности, технология сборки микромодулей. 14
6 Микроблоки с общей герметизацией (МБОГ): техническая характеристика, технология сборки и монтажа микроплат, герметизация микроблоков. 17
7 Волоконно–оптические кабели и линии связи (ВОЛС): техническая характеристика, особенности конструкций, технология соединений. Оптическая запись и хранение информации на дисках. Тиражирование дисков. 19
8 Технология оптоэлектронных устройств отображения информации: светодиодные панели и экраны, особенности сборки. 23
9 Технология отмывки электронных модулей после сборки и монтажа. Выбор моющих растворов. Струйная и ультразвуковая отмывка. Особенности конструкций УЗ преобразователей и ванн отмывки. Контролируемые параметры УЗ воздействий, приборное обеспечение. Автоматические линии УЗ отмывки. 25
10 Технология оптического и электрического контроля электронных модулей. Автоматизация контроля. Адаптеры, летающие зонды и матрицы. Рентгеновский контроль качества паяных и микросварных соединений. 28
11 Технология испытаний электронных модулей. Ускорение испытаний, расчет коэффициента ускорения. Испытания на влагоустойчивость. Эффект “поп-корна” и его устранение. Особенности конструкций металлостеклянных и металлокерамических корпусов и причины негерметичности. 32
12 Диагностика неисправностей в электронных модулях. Автоматизированные системы анализа отказов. Этапы технической диагностики. Контактные и бесконтактные методы диагностики. 34
13 Неразрушающие методы технической диагностики электронных модулей: рентгенотелевизионный, тепловизионный, фотоакустический. Области применения методов и используемое оборудование. 36
14 Дефекты поверхностного монтажа электронных модулей и методы их устранения. 38
15 Технология и оборудование для демонтажа SMD и многовыводных интегральных компонентов в электронных модулях. 38
16 Герметизация изделий электроники. Классификация и характеристика методов. Технология поверхностной герметизации. Применяемые материалы. 40
17 Технология объемной герметизации. Вакуумно–плотная герметизация изделий пайкой и сваркой. Контроль герметичности. 42
18 Регулировка и настройка РЭС, методы, оценка их погрешностей. Автоматизация регулировки. 45
19 Проверка и регулировка параметров источников питания электронных устройств. 47
20 Технология контроля и регулировки параметров НЧ блоков радиовещательных приемников. 49
21 Технология контроля и регулировки параметров ВЧ блоков радиовещательных приемников. Определение чувствительности и избирательности приемников. 51
22 Комплексная автоматизация производственных процессов. Этапы, пути и критерии автоматизации. 52
23 Расчет производительности общественного труда и пути ее роста. 54
24 Специальное автоматическое технологическое оснащение: структура, классификация. Агрегатное и переналаживаемое АСТО. 57
25 Автоматические линии, основные типы и их характеристики. 58
26 Проектирование поточных линий сборки РЭС. Расчет основных параметров линий. 61
27 Расчет параметров конвейера сборки и варианты его планировки. 62
28 Основные технические показатели промышленных роботов, методики их контроля. 64
29 Роботы и робототехнологические комплексы в производстве РЭС, варианты компоновки. Рабочие зоны роботов–манипуляторов, технические характеристики. 65
30 Автоматизированное технологическое оснащение и промышленные роботы в составе РТК и ГПМ. 67
31 Приводы промышленных роботов и расчет усилий приводов. Линейные шаговые двигатели их преимущества. 69
32 Захватные устройства роботов-манипуляторов. Оценка их эффективности. 71
33 Загрузочные устройства для автоматического технологического оборудования. Расчет объема загрузки на плановые периоды работы. 73
34 Контроль параметров промышленных роботов в составе ГПМ. 75
35 Роботехнологические комплексы сборки, пайки, влагозащиты и отмывки. Примеры компоновки. Расчет и пути повышения производительности роботизированной сборки. 77
36 Гибкие производственные модули сборки и монтажа РЭУ. 79
37 Гибкие производственные системы, ячейки, планировка участка сборки с автоматизированным складом. Расчет коэффициента использования производственной площади. 81
38 Планировка участка сборки электронных модулей с поверхностным и смешанным монтажом по типу европейских сборочных линий. 83
39 Гибкость и мобильность ГПС. Порядок расчета гибкости. Проблемы при внедрении ГПС. 84
40 Принципы управления производственными и технологическими системами. АСУТП и функции подсистем. 85
41 Человеко-машинные АСУ ТП для цеха, участка. Примеры и схемы реализации. Достоинства и недостатки схем. 87
42 Технологические датчики и блоки сбора данных для систем управления оборудованием. 88
43 Автоматические системы управления и регулирования ТП. 90
44 Микропроцессорные АСУ ТП, схемы построения и основные характеристики. 91
45 Управление ТП и оборудованием с помощью ПЭВМ и микроЭВМ. Промышленные компьютеры. 92
46 Применение программируемых контроллеров для управления ТП и ТО. 94
47 Технологическая подготовка производства, основные принципы построения и автоматизация. 96
48 Автоматизация проектирования технологических процессов с применением ЭВМ. Прикладные пакеты САПР ТП. 97
49 Автоматизированные и интегрированные технологические комплексы. Компьютеризованные производства CAM. Структура и основные характеристики. 98
50 Автоматизированные системы проектирования технологической документации и оснастки ТехноПРО’99, TechCard и др. 100
51 Технологическая оснастка и правила ее проектирования. Поверочные расчеты оснастки. 102
52 Методика технологического контроля конструкторской документации. 103
53 Нормоконтроль технологической документации. Правила заполнения комплекта ТД. 104
54 Перспективы развития технологии РЭС. CALS технологии, нанотехнологии. Открытие мемристора. 105
1 Технология и оборудование монтажа кристаллов силовых полупроводниковых приборов на ленты–носители и кристаллодержатели. Особенности сборки MOSFET и IGBT транзисторов. Применение термокомпенсаторов. Технология вибрационной пайки.
Монтаж кристаллов на выводные рамки: пайкой эвтектическими сплавами или легкоплавкими припоями, приклеиванием на токопроводящую композицию должны обеспечить высокую прочность соединений при термоциклировании и механических нагрузках, низкое электрическое и тепловое сопротивление, минимальное механическое воздействие на кристалл и отсутствие загрязнений.
Основные требования к монтажу кристаллов MOSFET:
Мощные металлооксидные полупроводниковые полевые транзисторы (MOSFET): наносекундной скорости переключения, высоких рабочих напряжений и температур, больших токов, значительной мощности получают все более широкое применение в силовой электронике.
Требования к корпусам Выдерживать 3-х кратное воздействие групповой пайки и лужение выводов горячим способом без применения теплоотвода при температуре не выше 265 °С и времени не более 4 с.
Выводы должны иметь гарантированную паяемость с использованием спирто–канифольных не активированных и слабоактивированных флюсов (не более 25% канифоли) без дополнительной подготовки в течение 12 месяцев с момента изготовления.
Выдерживать 3-х кратный нагрев при термотренировке: температура не выше 150 °С, длительность однократного воздействия не более 10 мин.
Монтаж MOSFET в бескорпусном исполнении
Мощный MOSFET - транзистор в бескорпусном исполнении:
на безвыводном металлическом держателе (а) и
с внешними выводами на металлокерамическом или керамическом держателе (б)
Материалы лент-носителей
Для обеспечения максимальной мощности в качестве материала выводной рамки используют железо–никелевый сплав 42Н и медный сплав БрХСр, толщиной кристаллодержателя 0,1 мм, на поверхности которой наносят полосу серебра шириной 9мм и толщиной 5мкм.
На непланарную поверхность кристаллов наносят систему металлизации:
Ti-Au, V-Au толщиной 1,0–1,75 мкм –для монтажа на эвтектику;
Ti-NiV-Ag-Sn-Pb-Sn толщиной 5,0–12,0 мкм – для монтажа кристаллов на припой.
Способы монтажа кристаллов
Монтаж кристаллов мощных MOSFET выполняют методами пайки: контактно-реактивной, эвтектическими сплавами, легкоплавкими припоями , а также с помощью теплопроводящих клеев.
Оборудование для автоматизированного монтажа кристаллов
Автомат ЭМ-4085-14М фирмы “ПЛАНАР”
Производительность для пайки кристаллов размером от 11 до 55 мм составляет 2000, для посадки на клей - 3500 и на стеклоприпой – 600 кристаллов в час
Нагреватель туннельного типа - 12 зон регулируемого нагрева до 4500 С, защитно– восстановительная атмосфера - H2 и N2 в смеси 10:90 (формир-газ)
Нанесение дозы расплавленного припоя в зону монтажа кристалла осуществляется автоматически проволочным дозатором
Автомат присоединения кристаллов Die Bonder 2009 SSI
Igbt транзистор
IGBT являются продуктом развития технологии силовых транзисторов со структурой металл–оксид–полупроводник, управляемых электрическим полем (MOSFET) и сочетают в себе два транзистора в одной полупроводниковой структуре: биполярный (образующий силовой канал) и полевой (образующий канал управления).
IGBT в корпусе ТО-254: 1 –внешние вывода; 2- проволочные перемычки; 3 -кристалл; 4 –термокомпенсатор; 5 –основание корпуса.
Монтаж кристаллов IGBT
Монтаж кристаллов в корпус выполняют двумя способами: пассивным и активным. При пассивном - пайка кристаллов проходила в конвейерной водородной печи ЖК-4007 с использованием кассетной технологии сборки.
Для пайки кристаллов в печи с применением кассетной технологии использовались два типа припоев ПОС-10 и ПСрОСу-8 с толщиной прокладок: 30, 50 и 100 мкм.
В активном способе пайка кристаллов выполнялась на автомате типа ЭМ-4085-03 заданием специальной траектории движения кристалла при определенных значениях амплитуды колебаний и количества периодов колебаний по осям Х и У.
Пайка кристаллов в печи
Пайка выполняется при следующих температурных режимах: 1 вариант – 450 о С; 2 вариант - 400 о С; 3 вариант - 360оС
Применение термокомпенсатора
1- основание корпуса-кристаллодержатель, 2- припой для пайки теплорастекателя к основанию корпуса, 3- теплорастекатель, 4- припой для пайки кристалла к теплорастекателю, 5- кристалл
Для компенсации больших внутренних напряжений, возникающих по причине неодинакового теплового расширения кремниевого кристалла и медного основания, в конструкциях корпусов мощных полупроводниковых приборов между кремнием и основанием корпуса вводят термокомпенсатор. Материал компенсатора должен обладать ТКЛР, близким к ТКЛР кремния, выдерживать возникающие напряжения, иметь высокую теплопроводность и теплоемкость, а также незначительное.
Дозирование припоя
Проволочный припой 1-0.07 мм марки ПСрОСу намотан на пластмассовую катушку 1. Подача припоя в зону пайки осуществляется линейным шаговым двигателем , на который поступают управляющие импульсы, количество которых программируется. При подаче импульсов тока на ЛШД ролик 4 на его валу поворачивался на определенный угол. За счет фрикционного сцепления ролика с подпружиненным роликом 5 проволочный припой вытягивался с катушки 1 и поступает в направляющую трубку 3. При касании припоя с нагретой поверхностью кристаллодержателя 8 образовывалась доза припоя 7 в атмосфере защитного газа, подаваемого по трубке 6.
Удаление оксидных пленок при вибрационной пайке
Для эффективного удаления оксидных пленок с поверхности расплава необходимо, чтобы работа сил вибрации значительно превосходила работу сил когезии расплава
Оптимизация параметров вибрационной пайки
Зависимость толщины припоя под кристаллом от дозы припоя (Nимп) при различной амплитуде колебаний:
1 – 250 мкм, 2 – 500 мкм, 3 - 750 мкм
2 Монтаж кристаллов многовыводных интегральных микросхем жестко организованными выводами: Flip–Chip, bga. Монтаж и демонтаж корпусов bga. Особенности контроля качества паяных соединений.
Flip–Chip
Особенности FLIP-CHIP технологии
Процесс монтажа flip–chip заключается в присоединении полупроводникового кристалла ИС на подложку активной стороной вниз. В качестве выводов кристалла могут быть металлические шарики или столбики (Au,Cu), припоя, выводы из проводящего полимера, а также металлические контактные площадки. Методы присоединения кристаллов по технологии flip–chip включают ультразвуковую и термозвуковую сварку, присоединение с помощью проводящих клеев, пайку оплавлением.
Основные преимущества технологии flip–chip:
-возможность матричного расположения контактных площадок (по сравнению с контактными площадками, расположенными по краю кристалла),
- очень малая протяженность межкомпонентных соединений, что сводит к минимуму величину их индуктивности.
Основные недостатки этой технологии — худшие тепловые характеристики (по сравнению с кристаллом, присоединенным обычным способом) и трудность герметизации матрицы контактных площадок.
Формирование столбиков УЗ пайкой
Кремниевая пластина 1 погружалась в волну припоя 2, создаваемую мотором 3, при температуре 220–240°С. УЗ колебания частотой 16,5±2 кГц от преобразователя 4 вводились в волну припоя с помощью наконечника и одновременно в эту область подавался защитный газ–азот со скоростью до 5 л/мин для снижения окисления припоя.
Формирование столбиков припоя
1 - слой фазового состава Cr+Cu 2 - шарик припоя 5% Sn - 95%Pb, 3 - осажденный припой, 4 - интерметаллическое соединение Cu-Sn, 5 - стекло
Монтаж кристаллов УЗ пайкой
1– кристалл, 2 – металлический столбик, 3 – подложка, 4 – припой, 5 – нагреватель
Металлический столбик действует как концентратор УЗ энергии. Нагреватель снизу подложки предварительно подогревает припоя ниже температуры его плавления. Как только припой становится мягким и плавится, металлические столбики внедряются в припой, создавая соединение.
Cu столбик шириной 0,5 мм и высотой 2,0 мм был внедрен в припойный блок используя частоту 28 кГц в течение 4 с при давлении 382 Па. Припой был подогрет до 160°С.
Установка монтажа объемными выводами
При монтаже кристаллов, содержащих 122 объемных микровывода на кремниевую подложку, оптимальные режимы процесса: температура нагрева в зоне присоединения 320–360°С; время присоединения 30–40 мс; усилие нагружения 60 Н; мощность УЗГ 15Вт; частота колебаний УЗГ 66±4 кГц
Монтаж кристаллов на гибких полимерных носителях
Корпуса BGA
BGA — тип корпуса поверхностно-монтируемых интегральных микросхем
Виды корпусов BGA
Преимущества BGA
Высокая плотность
BGA — это решение проблемы производства миниатюрного корпуса ИС с большим количеством выводов.
Теплопроводность
Лучший тепловой контакт между микросхемой и платой, что в некоторых случаях избавляет от установки теплоотводов, поскольку тепло уходит от кристалла на плату более эффективно (в некоторых случаях, по центру корпуса создаётся одна большая контактная площадка-радиатор, которая припаивается к дорожке-теплоотводу). Малые наводки
Чем меньше длина выводов — тем меньше наводки и излучение.
Недостатки BGA: Негибкие выводы, Дорогое обслуживание
Оборудование для пайки BGA: модель TF1700 компании PACE с оптической системой совмещения;
Технологический процесс установки и пайки BGA
Выбирается требуемый температурный профиль оплавления из библиотеки системы, либо производится ручная настройка/коррекция параметров. Плата устанавливается в специальный держатель и фиксируется в нем. В случае отработки или необходимости мониторинга термопрофиля производится установка одной или нескольких термопар.
Перед установкой компонента осуществляется нижний подогрев платы с помощью, как правило, ИК-нагревателя. Существуют системы с двухзонным нагревом: меньшая мощность для небольшой по площади зоны нагрева и большая – для более крупной. В ряде систем применяется конвективный предварительный нагрев.
В адаптер головки устанавливается требуемое сопло, и производится захват BGA компонента из технологической упаковки. В комплект поставки установок монтажа и пайки BGA входят сопла под различные типоразмеры компонентов. Существуют системы, где захват компонента происходит из специального регулируемого гнезда, куда компонент помещается перед захватом.
Рекомендуемый температурный профиль пайки BGA
Настройка термопрофиля пайки
Визуальный контроль BGA при сборке
Настольная система оптической инспекции компонентов в корпусах BGA позволяет оператору получить четкое изображение результатов оплавления шариков припоя.
Система оптической инспекции содержит модуль с оптической насадкой, столик для позиционирования модуля, ПЗС камеру и монитор.
Увеличение системы до 300 раз позволяет выявлять дефекты размером до 30 мкм. Точность перемещения столика и насадки – 50 мкм.
Отодвигая насадку дольше влево - уменьшаем “закрытую область”, показанную красным цветом. Синим цветом показана область, которая не будет сфокуси
Дефекты пайки BGA: плохая смачиваемость на выводах и дефект вследствие недостаточного нагрева