
ЛР ПИМС и МП / ЛР ИССЛЕДОВАНИЕ ТОПОЛОГИИ И МОНТАЖА МИКРОСБОРОК / Приложение / Компоненты / Компоненты для поверхностного монтажа
.doc
К этому времени уже были разработаны и освоены некоторые компоненты (резисторы, конденсаторы), которые использовались при изгтовлении ГИС и МСБ. Однако ТМП ужесточила требования по устойчивости к воздействию климатических факторов, поскольку чип-резисторы и конденсаторы для ГИС и МСБ изготавливались в незащищённом исполнении для применения внутри корпусов ГИС.
В настоящее время разработана обширная номенклатура компонентов для ТМП, включающая резисторы, конденсаторы (в том числе переменные), катушки индуктивности, микротрансформаторы, реле, кварцевые резонаторы, диоды, транзисторы, микросхемы, микропереключатели и др. Данные компоненты имеют несколько разновидностей корпусов: безвыводные с облуженными торцами, с укороченными выводами типа крыла чайки или J-образными, цилиндрические корпуса с металлизированными торцами. Рассмотрим эти корпуса подробнее.
Чип-корпус - безвыводный корпус прямоугольной формы для простых пассивных компонентов типа резисторов, перемычек и конденсаторов (рисунок 2.1) [5].
Рисунок 2.1 - Корпуса простых чип-компонентов
Чип-резисторы и чип-конденсаторы изготавливаются по групповой технологии на подложках большого размера (обычно 60x48 мм), затем после скрайбирования подложка разламывается на отдельные части (английское слово chip означает осколок). После разламывания на торцы чип-компонента наносится многослойная металлизация (толстопленочный проводник - барьерный слой никеля - слой припоя) с трех или пяти сторон для каждого торца (последний вариант применяется для высоконадежных компонентов). При изготовлении чип-резисторов обычно применяется толстоплёночная технология. Типовая конструкция толстопленочного чип-резистора приведена на рисунке 2.2. Резистор состоит из керамического основания (подложка из А12О3), резистивного слоя (окись рутения), внутреннего контактного слоя (палладий-серебро), промежуточного барьерного слоя из никеля, внешнего контактного слоя (сплав олово-свинец). Тело резистора защищается покрытием из боросиликатного стекла с нанесением несмываемой кодовой маркировки номинала.
Рисунок 2.2 - Конструкция толстопленочного чип-резистора
Маркировка резисторов состоит из трёх цифр для простых и четырёх цифр для высокоточных резисторов, причём последняя цифра означает количество нулей, которые необходимо дописать справа к номиналу в Ом. Например: 160-16 Ом, 472-4,7 кОм, 112-1,1 кОм, 106 - 10 МОм, 2741 - 2,74 кОм. Маркировка низкоомных резисторов содержит букву «R», например, 4R7 - 4,7 Ом, 54R9 - 54,9 Ом.
Чип-перемычки, сопротивление которых не должно превышать 0,05 Ом, имеют маркировку 000.
Маркировка конденсаторов обычно наносится на упаковочную тару. Условное обозначение ёмкости: первые две цифры указывают номинал в пикофарадах, третья цифра - количество добавляемых справа нулей. Например: 105 - 1 мкФ, 153 - 0,015 мкФ.
Электролитические конденсаторы, имеющие достаточно большую поверхность, могут содержать кодированное обозначение рабочего напряжения и величины емкости. Возможно несколько вариантов кодировки:
а) код содержит два или три знака (буквы или цифры). Буквы обозначают напряжение и емкость, а цифра указывает множитель
Перед буквами может ставиться цифра, указывающая на диапазон рабочих напряжений:
О-до 10 В; 1-до 100 В; 2-до 1000 В, например ОЕ-2,5 В; 1J-63 В; 2D-200B;
б) код содержит четыре знака (буквы и цифры), обозначающие номинальную емкость и рабочее напряжение. Первая буква обозначает напряжение, две последующие цифры - емкость в пФ, последняя цифра количество нулей. Например: Е475 - конденсатор емкостью 4,7 мкФ с рабочим напряжением до 25 В. Иногда емкость может указываться с использованием буквы ц: Е4ц7 - обозначение конденсатора, соответствующее вышеприведенному примеру.
В общем случае чип-компонент может быть охарактеризован размерами L (длина), В (ширина), Н (высота), D или / (ширина контактной площадки) как это показано на рисунке 2.3. Размеры чип-резисторов зависят от рассеиваемой мощности, а размеры чип-конденсаторов - от номинальной емкости и рабочего напряжения.
Форма и размеры корпусов стандартизованы международными и национальными стандартами (МЭК115, МЭК384). В этих стандартах используется система обозначения конструктива КМП в виде двух пар чисел, которые характеризуют длину и ширину корпуса в сотых долях дюйма (типоразмеры от 0101 (0,25x0,25 мм) до 2225 (5,7x6,3 мм). Сопоставительные размеры некоторых типоразмеров резисторов по сравнению со спичечной головкой на фоне сетки 1,27 мм приведены на рисунке 2.4.
Некоторые фирмы обозначения типоразмера корпуса приводят в мм: 1005 - (1,0x0,5) мм, что соответствует вышеприведенному обозначению корпуса 0402; 3216 - (3,2x1,6) мм - соответствует обозначению 1206.
Типоразмер чип-корпуса |
Размеры в плане (BxL), мм |
0101 0201 0402 0603 1206 1210 2412 2225 |
0,25x0,25 0,5x0,25 1x0,5 1,6x0,8 3,2x1,6 3,2x2,6 6x3 5,7x6,3 |
Отечественной промышленностью выпускаются чип-резисторы общего применения Р1-12, прецизионные Р1-16, наборы резисторов HP1-29, чип-перемычки Р1-23 [6]. Чип-перемычки используются для обеспечения переходов через проводники при разработке топологии. Выпускаются с габаритными размерами 3,2x1,6x0,6 мм (1206) и имеют сопротивление не более 0,05 Ом.
Чип-конденсаторы для монтажа на поверхность представлены многослойными керамическими ( К10-9М, К10-17-4в, К10-42, К10-43, К10-47, К10-50в, К10-56, К10-57, К10-60в, К10-69, К10-73-6в), танталовыми оксидно-полупроводниковыми (К53-25, К53-36, К53-37) и алюминиевыми оксидно-полупроводниковыми К53-40.
Корпус типа MELF (Metal Electrode Face Bonded) - цилиндрический корпус с вмонтированными электродами в виде металлизированных торцов (рисунок 2.5). Предназначен для диодов, резисторов, конденсаторов, катушек индуктивности. Диаметр корпуса находится в пределах от 1,25 мм до 2,2 мм, длина - от 2 до 5,9 мм.
MELF-корпус имеет низкую стоимость, однако монтаж его затруднён. Получил широкое распространение в Японии в начале развития ТМП. Примерами отечественных компонентов в подобных корпусах являются резисторы Pl-11, P1-30.
Малогабаритный диодный корпус SOD (Small Outline Diode) - пластмассовый корпус с двумя выводами типа «крыло чайки» (рисунок 2.6). Предназначен для диодов, светодиодов, варикапов. Наиболее распространенным является корпус SOD-80, отечественным аналогом которого является корпус КД-34 по ГОСТ 18472-88.
Рисунок 2.5 - Корпус типа MELF Рисунок 2.6 - Корпус типа SOD
Малогабаритный транзисторный корпус SOT (Small Outline Transistor) имеет от 3 до 6 выводов (рисунок 2.7).
Рисунок 2.7 - Корпуса типа SOT
Корпус имеет пластмассовую оболочку и укороченные выводы типа «крыла чайки». Помимо транзисторов, в него могут монтироваться диоды, варикапы, усилители. Является первым корпусом для поверхностного монтажа, программа разработки которого была реализована фирмой Siemens более 25 лет назад. Наиболее распространённый корпус SOT-23 имеет размеры 2,9x1,3x1,1 мм.
Дальнейшим развитием корпусов данного типа являются корпуса SOT-89, SOT-143, S-mini, SS-mini. Последующие разработки характеризуются уменьшением расстояния между выводами до величины 0,65 -0,5 мм, что позволило уменьшить габариты корпуса до размеров 1,6x1,6x0,75 мм. Отечественные корпуса подобного типа представлены корпусами КТ-46 (SOT-23), KT-47 (SOT-89), KT-48 (SOT-143). Основные геометрические размеры корпусов показаны на рисунке 2.8.
SOT-23 (КТ-46)
SOT-89 (KT-47)
SOT-143(KT-48)
Рисунок 2.8 - Габаритные размеры корпусов типа SOT
Малогабаритные корпуса для микросхем могут быть объединены в несколько групп в зависимости от формы выводов (вывод в форме крыла чайки, J-образный), их расположением по двум или четырем сторонам корпуса, материала корпуса (пластмассовый или керамический):
- корпуса типа SOIC (Small Outline Integrated Circuit) u SOP (Small Outline Packages) с двусторонним расположением выводов в форме крыла чайки (рисунок 2.9а, 2.9.6). Шаг расположения выводов у этого типа корпусов 1,27 мм, количество выводов - от 6 до 42. Дальнейшим развитием корпусов подобного типа явилось создание корпуса SSOIC (Shrink Small Outline Integrated Circuit) с уменьшенным до 0,635 мм расстоянием между выводами при максимальном их количестве 64 (рисунок 2.9в) и корпуса TSOP (Thin Small Outline Packages) с уменьшенной до 1,27 мм высотой корпуса (рисунок 2.8г) и уменьшенным до 0,3 - 0,4 мм расстоянием между выводами;
- корпуса типа SOJ (Small Outline with «J» leads) с двусторонним расположением выводов J-образной формы, загнутых под корпус (рисунок 2.10). Шаг расположения выводов - 1,27 мм, общее их количество - от 14 до 28.
Рисунок 2.9 - Разновидности корпусов микросхем с двусторонним расположением выводов в форме крыла чайки: а-корпус типа SOIC; б-корпус типа SOP; в - корпус типа SSOIC; г - корпус типа TSOP
Рисунок 2.10 - Корпус микросхемы с J-образными выводами: а - общий вид корпуса; б - конструкция выводов
- корпуса типа QFP (Quad Flat Pack) и SQFP (Shrink Quad Flat Pack), имеющие выводы в форме «крыла чайки», равномерно распределенные по четырем сторонам (рисунок 2.11 а). Существует также разновидность корпуса в форме прямоугольника - SQFP-R (рисунок 2.11 б). Шаг расположения выводов достаточно мал - всего 0,3 - 0,5 мм, что позволяет создавать корпуса с общим количеством выводов до 440;
Рисунок 2.11 - Разновидности корпусов микросхем с четырехсторонним расположением выводов в форме крыла чайки: а - корпус типа QFP и SQFP; б-корпус типа SQFP-R
- корпуса типа PLCC (Plastic Leaded Chip Carrier) — квадратный пластмассовый кристаллоноситель с J-выводами (рисунок 2.12а) и типа PLCC-R (Plastic Leaded Chip Carrier Rectangular) - прямоугольный пластмассовый кристаллоноситель с J-выводами (рисунок 2.126). Корпуса подобного вида имеют значительный по современным меркам шаг расположения выводов - 1, 27 мм и в связи с этим большие геометрические размеры. Количество выводов квадратного корпуса - от 20 до 124, у прямоугольного - от 18 до 32;
Рисунок 2.12 - Корпус микросхемы с J-образными выводами
и четырехсторонним расположением выводов:
а-квадратный PLCC; б-прямоугольный PLCC-R
- корпуса типа LCCC (Leadless Ceramic Chip Carrier) - безвыводный керамический кристаллоноситель (рисунок 2.13). На боковых поверхностях такого корпуса имеются специальные металлизированные углубления, расположенные с шагом 1,27 мм, которые служат для образования электрического соединения с контактными площадками платы при пайке узла дозированным припоем.
Рисунок 2.13- Корпус типа LCCC
Отечественным аналогом корпусов типа SOIC являются корпуса подтипа 43 по ГОСТ 17467-88. Габаритные чертежи и размеры этих корпусов приведены на рисунке 2.14 и в таблице 2.1.
Рисунок 2.14- Габаритные размеры корпусов подтипа 43
Таблица 2.1 - Габаритные размеры корпусов подтипа 43 в миллиметрах
Шифр типоразмера |
Число выводов |
A, max |
D, max |
Е, max |
HE, max |
4301 4302 4303 4304 4305 4306 4307 |
4 6 8 10 12 14 1 6 |
2 |
2,5 3,75 5 6,25 7,5 8,75 10 |
4 |
6,3 |
4308 |
16 |
2 |
10 |
5 |
7,3 |
4309 4310 4311 4312 |
8 10 14 16 |
2,54 |
5,4 6,64 9,14 10,4 |
4,65 |
6,7 |
4313 4314 4315 |
14 16 20 |
3 |
9,14 10,4 12,9 |
5,7 |
8,2 |
4316 4317 4318 4319 4320 |
16 18 20 24 28 |
3 |
10,4 11,64 12,9 15,4 17,9 |
7,5 |
10,5 |
4321 4322 |
24 28 |
3,05 |
15,4 17,9 |
8,5 |
12,5 |
4323 |
32 |
3,05 |
20,4 |
11.3 |
14.4 |
Отечественным аналогом корпусов типа QFP являются корпуса подтипа 44 по ГОСТ 17467-88. Габаритные чертежи и размеры этих корпусов приведены на рисунке 2.15 и в таблице 2.2.
Мировая электронная промышленность около 90% всех ТМП ИС выпускает в пластмассовых корпусах и только 10% в керамических. Керамические корпуса обладают существенно более высокими эксплуатационными показателями. Так, температурный диапазон работы микросхем в керамических корпусах составляет от -55 до +125°С, а в пластмассовых — от -10 до +85°С. Однако керамические корпуса имеют большую массу и стоимость, поэтому они используются, как правило, в наиболее ответственных случаях.
Рисунок 2.15 - Габаритные размеры корпусов подтипа 44
Таблица 2.2 - Габаритные размеры корпусов подтипа 44
-
Шифр типоразмера
Число выводов
HD
HE
А
D
Е
4401
44
22
22
2,6
14,2
14,2
4402
64
38
26
2,5
20,2
14,2
Нестандартные корпуса для компонентов неправильной формы, например, переключателей, плавких предохранителей, индуктивностей, электролитических конденсаторов, переменных резисторов представлены на рисунке 2.16.
Рисунок 2.16- Нестандартные корпуса для КМП
Отечественной промышленностью выпускаются подстроечные резисторы в ТМП исполнении следующих типов: РП1-75, РП1-82, РП1-83, РП1-98 [6]. Резисторы имеют диапазон сопротивлений от 10 Ом до 3,3 МОм, допускают мощность рассеяния 0,25 Вт. Габаритные размеры не превышают 4,5x4,5x3,5 мм.