10 Технология оптического и электрического контроля электронных модулей. Автоматизация контроля. Адаптеры, летающие зонды и матрицы. Рентгеновский контроль качества паяных и микросварных соединений.

Оптический контроль

Автоматизация визуального контроля

Автоматизация электрического контроля электронных модулей

Автоматический стенд контроля малых сопротивлений: печатных проводников, индуктивностей работает по принципу неуравновешенного моста постоянного тока

производительность контроля параметров ЭРЭ - 15-17 шт/с, цифровых ИС - 5-12 шт/с, топологии - 150 пров./с;

Адаптеры для электрического контроля

Адаптер (ложе гвоздей) состоит из фиксированной 6 и подвижной 3 плат, контактных игл 5, установленных с заданным шагом, пружин 4 для перемещения изделия 1, уплотнения 2. Адаптер изготавливается для каждого типа проверяемой платы. Давление на один зонд 50 г. Шаг расположения зондов 2,5 мм, реже 1,25 мм.

Метод летающих пробников

Для контроля электронных модулей с высокой плотностью монтажа в мелко-серийном производстве применяют тестовое оборудование с подвижными зондами (пробниками). Несколько зондовых головок с приводами по осям X,Y,Z по программе контактируют с платой. При переходе к другой плате изменяют программу тестирования. Недостаток – невысокая производительность метода

Метод летающих матриц

Летающие матрицы решают основные проблемы существующих систем тестирования: сложность переналадки (системы с адаптером) и низкая производительность (системы с подвижными зондами). Матрицы перемещаются на короткие расстояния по осям X и Y с высокой скоростью, среднее расстояние перемещения очень мало (обычно около 1 мм), что дает преимущество в скорости тестирования.

Для реализации метода достаточно двух больших матриц и двух малых. В установке New System S24-25 каждая большая матрица имеет 285 зондов (19 столбцов, 15 рядов), а каждая малая – 75 зондов (5 столбцов, 15 рядов). Таким образом, суммарное число зондов для каждой стороны – 360, а общее – 720. Быстродействие от 70 до 100 тестов/с.

Автоматический рентгеновский контроль соединений

Для контроля качества соединений компонентов BGA, µBGA, Flip Chip используется система Х7055 компании VISCOM, которая отличается высокой скоростью работы, возможностью контроля установки компонентов с шагом 0,3 мм и рентгеновского контроля скрытых дефектов соединений. Система оснащена ортогональными 4-мега-пиксельными камерами с линейным разрешением 10 мкм и угловым разрешением 22 мкм.

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.

Ускорение технологических испытаний

Ускоряющим фактором для большинства механизмов отказов является повышенная температура. Коэффициент ускорения К_Т определяется по уравнению Аррениуса:

где Е_а — энергия активации механизмов отказов, эВ;

К — постоянная Больцмана: К = 8,610^-5 эВ/К;

Т₀, Т_ф — температура изделия соответственно начальная и в форсированном режиме, К.

Температура кристалла ,

где Т_осн — температура основания; R_Т — тепловое сопротивление перехода кристалл—окружающая среда; Р_рас — мощность, рассеиваемая на кристалле. Для ИМС Е_а  0,4 эВ, R_Т = 100 К/Вт

Испытания на влагоустойчивость корпусов ИМС

• . Время влагозащиты монолитных полимерных корпусов : (1)

• где D- коэффициент диффузии влаги, h- толщина пластмассы, Ркр –критическое давление паров воды, Р₀ – давление насыщения паров воды.

• Температурная зависимость коэффициента диффузии D :

• D=D₀ exp(-E_D/kT), (2)

•  где D₀ =1,1910^-7м²/с, E_D – энергия активации (0,35эВ), k- постоянная Больцмана, Т– абсолютная температура.

Методы испытаний на влагоустойчивость

Метод испытаний под давлением пара (pressure cooker test – PCT)

Испытание в автоклаве проводится в атмосфере перегретого пара при температуре +121˚С, давлении 0,2 МПа и относительной влажности 100% в течение 240 час

При приложении к ИМС электрической нагрузки (HAST - highly accelerated stress test) реализуются испытания с большим ускорением. Они проводятся при более высоких температурах вплоть до 155°С в условиях ненасыщенного пара (80—85% относительной влажности). При этом коэффициенты ускорения для ИМС в пластмассовых корпусах достигает 700—3500.

Конструкции металлокерамических и металлостеклянных корпусов

Металлокерамические корпуса применяются в блоках радиоэлектронной аппаратуры специального назначения. Основные области применения мощных транзисторов в металлостеклянном корпусе – источники электропитания, блоки кадровой и строчной разверток, регуляторы, схемы управления электродвигателями. Транзисторы должны быть устойчивы к климатическим воздействиям при изменении температуры внешней среды от -60 до +125˚С.

• При коммутации токов 30–50 А транзисторы изготавливают в металлостеклянном корпусе КТ-9 или в металлокерамическом корпусе КТ-97В. Для достижения Р_{к max}=100-150 Вт кристаллы монтируют на термокомпенсатор, расположенном на медном теплорастекателе, обладающем высокой теплопроводностью и устойчивостью к механическим воздействиям. Материалом изолятора являются вакуумно-плотная керамика ВК-94-1 или стеклобусы С-45, С-76, С-95.

Внешние вывода корпусов изготавливают из материала МК (медь–ковар). Электрические соединения выполняются проволокой алюминиевой АОЦПоМ диаметром 250-300 мкм. В выходной цепи необходимо формировать не менее чем по две проволочных перемычек, в связи, с чем поверхность траверс должна иметь расширенную площадь, что достигается путем формирования осаженной части в виде шляпки гвоздя для КТ-9 или чеканкой для КТ-97В. Присоединение кристалла к корпусу выполняется пайкой на легкоплавкий припой для корпуса с никелевым покрытием или контактно-реактивной пайкой с образованием эвтектики Au-Si

• Металлокерамический (а) и металлостеклянный (б) корпуса: 1 – основание, 2 – крышка, 3 – выводы, 4 – подложка, 5 – кристалл с герметизирующим покрытием

• Металлокерамические корпуса состоят из керамического основания с выводами и металлической крышки . Металлостеклянные корпуса более технологичны и состоят из стеклянного основания и металлической крышки. В процессе формовки основание армируют выводами и металлической рамкой, а затем спекают, в результате чего образуется металлостеклянный спай.

• Для соединения выводов с рамкой керамического корпуса керамику металлизируют с помощью молибдено–марганцевых паст или металлической фольги толщиной 30–50 мкм. Металлизацию выполняют распылением через свободную маску, трафаретной печатью либо вырубкой из фольги с последующей приклейкой. На металлизацию электролитически наносят слой никеля или меди толщиной 3-5 мкм и затем производят вжигание. Второй метод соединения металла с керамикой — через слой припойного стекла, которое в виде суспензии наносят на соединяемые поверхности и затем спекают при температуре 400–500˚С

Причины негерметичности гермовыводов

• Потеря герметичности металлокерамического гермовывода может быть вызвана:

- дефектами в виде микропор и пустот в объеме керамического изолятора, обусловленных составом шликера, технологическими режимами литья, а также конструкцией прессформы;

- недостаточным внутренним диаметром изолятора, снижающим капиллярный зазор при пайке, в результате чего из-за различия КТЛР вывода и керамики возникают напряжения и микротрещины на границе керамика-металлизация;

- неудачно выбранным составом металлизационной пасты и неоптимальными технологическими режимами вжигания и обжига керамики;

- влияние факторов сборки приборов, превышающих допустимый уровень технологических воздействий.

• Негерметичность металлостеклянного гермовывода может быть вызвана:

- несоответствием состава стекла, что приведет к росту КТЛР;

- неоптимальными технологическими режимами пайки стеклотаблетки, способных привести к образованию микротрещин;

превышением давления при герметизации, вызывающим образование трещин в стекле.