книги / Конструкторско-технологическое проектирование электронной аппаратуры

отнести незначительную глубину проплавления соединяемых металлов при средних мощностях излучения; выплески испаряемого металла при исполь­ зовании мощных лазеров; необходимость удаления образующихся ядовитых газов и ионизированных паров свариваемых металлов; высокие требования к точности изготовления деталей корпусов; низкую производительность.

Герметизация корпусов шовной контактной (роликовой) сваркой. Односторонняя шовная контактная (роликовая) сварка — наиболее рас­ пространенный способ герметизации микросхем в металлостеклянных и ме­ таллокерамических корпусах прямоугольной и квадратной формы.

Процесс сварки происходит при перемещении двух конических роли­ ков, свободно зращающихся на полуосях по противоположным кромкам

292

ковой) сварки следует отнести низкую стойкость электродов, высокие меха­ нические напряжения в зоне контакта роликов с крышкой, нестабильность размеров сварного шва, приводящую к непровару или перегреву корпуса, возможность возникновения начального выплеска при сварке, приводящую к быстрому износу сварочных роликов и браку приборов.

Контроль герметичности

Качество герметизации корпусов оценивают наличием дефектов визу­ ально и наличием течей. В качестве единицы измерения используют течь, при которой за 1 с в объеме 1 л, где создан вакуум, давление возрастает на 1 мкм рт. ст. Загерметизированные приборы контролируют на наличие малых и больших течей. Для контроля малых течей чаще всего применяют масс-

293

400 кПа в течение 4., .6 ч. Затем их помещают в камеру, где создается вакуум. Если в процессе опрессовки гелий проник через течи в корпус, то его утечка в вакууме обнаруживается течеискателем, и прибор отбраковывается. К недостат­ кам масс-спекгрометрического метода контроля герметичности следует отнести низкую производительность; сложность обслуживания оборудования; необхо­ димость создания высокого вакуума; высокую квалификацию специалистов; невозможность контролировать большие течи, так как при наличии в корпусе больших течей гелий выходит через них до контроля герметичности.

Для контроля герметичности по большим течам чаще всего использу­ ют вакуумно-жидкостной или пузырьковый методы. Вакумно-жидкостной метод основан на визуальном наблюдении выходящих через течи пузырьков воздуха. В этом случае МС помещают в специальную жидкость (уайтспирит), над которой создают вакуум. Вследствие перепада давления воздух из негерметичного корпуса МС будет выходить через течи в виде непрерыв­ ной цепочки пузырей.

294

7.17. Герметизация микросхем и микросборок

При контроле герметичности на большие течи пузырьковым методом контролируемые МС помещают в жидкость (этиленгликоль), нагретую до температуры порядка 120...140 °С. Течь определяют также по наличию не­ прерывной цепочки пузырей.

Контрольные вопросы

1.Что означает технологическая совместимость элементов полупроводниковой МС и в чем заключается выигрыш для производства?

2.Какие операции включает цикл избирательного легирования кремния?

3.Какие условия необходимо обеспечить при легировании, чтобы возник р-п- переход?

4.Чем обусловлено проникновение атомов легирующей примеси в кристалличе­ скую решетку в случае термической диффузии и в случае ионной имплантации?

5. Почему диффузионные области п и р целесообразно формировать в односта­ дийном процессе?

6.Чем определяется величина пробивного напряжения плавного и ступенчатого /7-п-переходов?

7.Почему не вся примесь, внедренная в кристаллическую решетку, определяет электропроводность слоя?

8.Назовите этапы процесса фотолитографии.

9.Какие факторы определяют точность взаимного положения различных тополо­ гических слоев?

10.За счет чего создается атомарный поток вещества на подложку в случае терми­ ческого вакуумного напыления и в случае распыления ионной бомбардиров­ кой?

11.Какие факторы ограничивают минимальные размеры тонкопленочных инте­ гральных резисторов?

12.Какие операции включает цикл формирования слоя тонкопленочных элемен­ тов?

13.Перечислите особенности конструкции коммутационных плат для микросбо­ рок.

14.Какими способами можно закрепить подложку в корпусе МС (микросборки) и кристалл на подложке или в корпусе?

15.Перечислите варианты электрического монтажа кристаллов МС на подложках (в корпусах).

16.Какие виды герметизации МС применяются в микроэлектронике?

17.Какими способами герметизируют корпуса МС?

18.Как контролируют герметичность МС по малым и большим течам?

295

8.ПЕЧАТНЫЕ ПЛАТЫ

8.1.Общие сведения о печатных платах

Печатные платы (1111) — основа печатного монтажа любой ЭА, при котором МС, полупроводниковые приборы, ЭРЭ и элементы коммутации устанавливаются на изоляционное основание с системой токопроводящих полосок металла (проводников), которыми они электрически соединяются между собой в соответствии с электрической принципиальной схемой. Практически нет такой аппаратуры, где бы не использовались ПП какоголибо типа.

П ечатный монтаж — способ монтажа, при котором электрическое соединение элементов электронного узла, включая экраны, выполнено с по­ мощью печатных проводников. П ечатный проводник — проводящая по­ лоска в проводящем рисунке.

В ЭА ПП применяют практически на всех уровнях конструктивной иерархии: на нулевом — в качестве основания гибридных схем и микросбо­ рок, на первом и последующих — в качестве основания, механически и электрически объединяющего все элементы, входящие в схему электриче­ скую принципиальную ЭА и ее узлов. На рис. 8.1 в качестве примера приве­ ден общий вид ПП одного из узлов ЭА.

Государственным стандартом предусмотрены следующие типы ПП (рис. 8.2):

односторонняя печатная плата (ОПП) — ПП, на одной стороне ко­ торой выполнен проводящий рисунок (рис. 8.2, а);

двусторонняя печатная плата (ДНИ) — ПП, на обеих сторонах которой выполнены проводящие рисунки и все требуемые соединения (рис. 8.2, б);

многослойная печатная плата (МПП) — ПП, состоящая из чере­ дующихся слоев изоляционного материала с проводящими рисунками на двух или более слоях, между которыми выполнены требуемые соедине­ ния (рис. 8.2, в);

296

8.1. Общие сведения о печатных платах

Рис. 8.1. Печатная плата узла ЭВМ:

1 — крепежные отверстия; 2 — монтажные отверстия; 3 — концевые печатные контакты; 4— маркировка печатной платы; 5 — ориентирующий паз; 6 — печатные проводники

гибкая печатная плата (ГПП) — ПП, имеющая гибкое основание; гибкий печатный кабель (ГПК) — система параллельных печатных

проводников, размещенных на гибком основании (рис. 8.2, г).

На рис. 8.2 использованы следующие обозначения: t — ширина пе­ чатного проводника; S — расстояние между печатными проводниками; Q — расстояние от края ПП (выреза, паза) до элементов проводящего рисунка; Ъ— расстояние от края просверленного отверстия до края контактной пло­ щадки (поясок); D — диаметр контактной площадки; d — диаметр отвер­ стия; Аф — толщина фольги; Нн — толщина материала основания печатной платы; Н„ — толщина ПП; / — расстояние между центрами (осями) элемен­ тов конструкции ПП.

Проводящий рисунок — совокупность всех элементов на отдельном слое ПП, образованных проводящим материалом (печатные проводники, контактные площадки, концевые контакты печатного разъема и др.).

Конструктивные характеристики печатных плат

По точности выполнения печатных элементов конструкции (провод­ ников, контактных площадок и пр.) все ПП делят на пять классов (табл. 8.1): отличающиеся наименьшим номинальным размером в узком месте — участок ПП, где элементы печатного проводящего рисунка и расстояния между ними должны быть выполнены только с минимально допустимы­ ми значениями; 1-й и 2-й классы ПП применяют в случае малой насы­ щенности поверхности ПП дискретными элементами и микросхемами малой степени интеграции; 3-й класс ПП — для микросхем со штыревы-

297

8. Печатные платы

л

а

6

г

Рис. 8.2. Типы печатных плат:

а— односторонняя ПП; б — двусторонняя ПП; в — многослойная ПП;

г— гибкий печатный кабель

ми и планарными выводами при средней и высокой насыщенности поверх­ ности ПП элементами; 4-й класс ПП — при высокой насыщенности поверх­ ности ПП микросхемами с выводами и без них; 5-й класс ПП — при очень высокой насыщенности поверхности ПП элементами с выводами и без них. Для поверхностного монтажа элементов используют в основном 4-й и 5-й классы ПП.

Ширину печатных проводников (рис. 8.3) рассчитывают и выбирают в зависимости от допустимой токовой нагрузки, свойств токопроводящего

298

8.1. Общие сведения о печатных платах

Таблица 8.1. Наименьшие номинальные значения основных размеров элементов печатного монтажа для узкого места в зависимости

от классов точности

Примечание. At — предельное отклонение ширины проводника; Т\ — пози­ ционный допуск расположения печатного проводника.

Расстояние между элементами проводящего рисунка (например, ме­ жду проводниками), расположенными на наружных или в соседних слоях ПП, зависит от допустимого рабочего напряжения, свойств диэлектрика, условий эксплуатации и связано с помехоустойчивостью, искажением сиг­ налов и короткими замыканиями.

Координатная сетка чертежа ПП необходима для координации эле­ ментов печатного рисунка. В узлах пересечений сетки располагаются мон­ тажные и переходные отверстия (рис. 8.4). Основным шагом координат­ ной сетки принят размер 0,5 мм в обоих направлениях. Если этот шаг не удовлетворяет требованиям конкретной конструкции, можно применять шаг, равный 0,05 мм. При использовании микросхем и элементов с шагом выводов 0,625 мм допускается применение шага координатной сетки 0,625 мм.

299

Диаметры монтажных и переходных отверстий (металлизированных и неметаллизированных) должны соответст­ вовать ГОСТ 10317 79 и выбираться из ряда 0,4; 0,5; 0,6; 0,7; 0,8; 0,9; 1,0; 1,1; 1,2; 1,3; 1,4; 1,5; 1,6; 1,7; 1,8; 2,0; 2,1; 2,2; 2,3; 2,4 ;2,5; 2,6; 2,7; 2,8; 3,0. Монтаж­ ные отверстия предназначены для установки микросхем и ЭРЭ, а переходные отверстия— для электрической связи между слоями или сторонами ПП.

Размеры ПП, если они специально не оговорены в ТЗ, определяются с учетом количества устанавливаемых элементов, их установочных площадей, шага установки, зон установки разъема и пр. Линейные размеры ПП реко­ мендуется выбирать по ГОСТу (табл. 8.2). Соотношение линейных размеров сторон ПП должно составлять не более 3:1.

Кривизна ПП (цилиндрическое или сферическое искривление основа­ ния) может появиться в результате воздействия высокой температуры и влажности (рис. 8.5). Допустимое значение изгиба ПП К на длине 100 мм составляет для ОПП и ДПП 1,5 мм; для МПП — 2,0 мм.

Таблица 8.2. Линейные размеры ПП

300

8.1. Общие сведения о печатных платах

Рис. 8.5. Изгиб печатной платы

Рис. 8.6. Скручивание печатной платы

Коробление ПП (спиральное искривление противоположных кромок основания ПП, скручивание) может привести к разрыву проводников, ос­ ложняет процесс изготовления ПП и установки элементов при сборке моду­ ля (рис. 8.6).

Электрические характеристики печатных плат

Допустимая плотность тока для ОПП, ДПП и наружных слоев Ml 111 — 20 А/мм2; для внутренних слоев МПП — 15 А/мм2. Допустимое рабочее на­ пряжение между элементами проводящего рисунка, расположенными в со­ седних слоях ПП и ГПК, зависит от материала основания печатной платы и не должно превышать следующих значений (табл. 8.3).

Таблица 8.3. Допустимые рабочие напряжения между элементами проводящего рисунка, расположенными в соседних слоях

Допустимые рабочие напряжения между элементами проводящего ри­ сунка, расположенными на наружном слое ПП, зависят от материала осно­ вания ПП, условий эксплуатации и не должны превышать следующих зна­ чений (табл. 8.4).

301