ЛР ПИМС и МП / ЛР ИССЛЕДОВАНИЕ ТОПОЛОГИИ И МОНТАЖА МИКРОСБОРОК / Приложение / Компоненты / Компоненты для поверхностного монтажа

8

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.