3. Технология поверхностного монтажа.

Стремительное развитие техники поверхностного монтажа компонен­тов объясняется прежде всего экономическими соображениями, т.к. позволяет в процессе конструирования электронной аппаратуру уменьшить габариты, снизить расход материалов и энергии, объем и массу корпусов и стоек, в кото­рых должны размещаться электронные системы, и следовательно, уменьшить площадь сооружений [15]. Используя технику поверхностного монтажа, можно создавать более быстродействующие, помехоустойчивые и надежные радио­электронные и электронно-вычислительные средства.

Технология поверхностного монтажа компонентов по сравнению с су­ществующей технологией обладает важнейшим критерием прогрессивности: обеспечивает миниатюризацию аппаратуры при одновременном росте ее функ­циональной сложности. Это отвечает требованиям рынка электронных изделий и особенно требованиям вычислительной техники.

Достоинства микрокорпусов. Термин “технология поверхностного монтажа” является общим обозначением нового направления в области элек­троники, включающего и технику корпусирования компонентов. Навесные компоненты, предназначенные для поверхностного монтажа, в основном, на­много меньше, чем их традиционные эквиваленты, монтируемые в отверстия. Вместо длинных выводов или штырьков, как у корпусов, монтируемых в отвер­стия, они имеют очень короткие выводы или просто внешние контактные пло­щадки. Такие компоненты непосредственно закрепляются на верхней (или нижней) стороне коммутационной платы при совмещении их выводов или внешних контактов с контактными площадками.

Малые размеры компонентов для ТПМК обеспечивают:

• более высокую плотность монтажа на единицу площади коммутаци­онной платы и , следовательно, дают снижение массо-габаритных показателей при этом же уровне функциональных возможностей.

• Увеличение числа выводов корпуса ( например, пластмассовый кри­сталлоноситель PLCC имеет 84 вывода) и, следовательно, повыше­ние функциональных возможностей на единицу поверхности комму­тационной платы.

Отмечая преимущества конструкции, разработанной на базе ТПМК, не следует умалчивать о сложном комплексе проблем, возникающих на этапе ее производства. Появление компонентов для ТПМК способствовало осуществле­нию и развитию процесса автоматизированной сборки. Но по мере перехода от простых чипов резисторов и конденсаторов к сложным корпусам ИС проблемы установки компонентов, пайки, проверки, испытаний и ремонта вылились в сложную систему технологических ограничений. Использование компонентов для ТПМК, несомненно, может дать целый ряд преимуществ. Именно поэтому год от года возрастают темпы освоения процесса поверхностного монтажа. В настоящее время разработчики, благодаря достоинствам новой технологии, имеют возможность уменьшать количество плат в проектируемом изделии. Применение корпусов с короткими выводами или внешними контактными площадками способствует также уменьшению величины паразитных индуктив­ностей, что особенно важно , например , в СВЧ-устройствах. Кроме того, для таких корпусов не требуется формовка и обрезка выводов .Конструирование изделий с поверхностным монтажом может быть довольно гибким: возможны варианты конструкторско-технической реализации изделия, в том числе и сме­шанный вариант с использованием компонентов для ТПМК и компонентов для установки в отверстия, если это целесообразно. Обычно с помощью техники поверхностного монтажа можно получить весьма высокую надежность, хотя в некоторых случаях она не обязательно выше той, которая присуща корпусам, монтируемым в отверстия. Корпуса для ТПМК, например, более устойчивы к воздействию вибрации, чем их традиционные аналоги.

Технологичность. Поверхностный монтаж допускает высокоскорост­ную автоматическую установку компонентов с частотой появления дефектов (100-1000)*10^-6 в зависимости от сложности конструкции корпуса. Недостаток коммутационных плат (КП) для ТПМК заключается в том, что они менее удобны, чем традиционные, для проверки, испытаний и ремонта. Многовывод­ные корпуса требуют проектирования узких коммутационных дорожек с малым шагом между ними и, если не оптимизированы условия пайки, могут возник­нуть проблемы, связанные с образованием перемычек припоя между соседними проводящими дорожками и выводами. В любом случае существуют некоторые ограничения налагаемые, например, в отдельных случаях на пайку компонентов волной припоя или погружением либо на методы пайки расплавлением дозиро­ванного припоя; для большинства коммутационных плат весьма трудно осуще­ствить эффективную визуальную проверку качества пайки, поскольку выводы компонентов могут быть полностью скрыты телом самого компонента; в то же время использование топологии платы, обеспечивающей осмотр каждого со­единительного узла за пределами периметра корпуса компонента, неизбежно привело бы к неэффективному использованию рабочего поля платы. Таким об­разом, необходимо тщательно прорабатывать вопросы испытания изготовлен­ных плат.

Отвод тепла. Проблема теплоотвода, по-видимому , одна из наиболее распространенных и трудных в количественной оценке для изделий с примене­нием ТПМК. Вследствие малого расстояния между компонентами количество тепла, выделяемого компонентами на единицу площади платы, существенно увеличивается. При разработке конструкции платы отвод тепла должен обяза­тельно учитываться. Для улучшения теплоотвода можно использовать, напри­мер, платы на основе инвара, плакированного медью, хотя они дороже и мас­сивнее обычных стеклоэпоксидных плат, которые также используются в ТПМК. Несогласованность коэффициентов расширения контактирующих мате­риалов платы и корпуса компонента приводит реально к усталостным напряже­ниям и развитию дефектов в местах пайки вследствие постоянного термоцик­лирования, связанного с цикличностью работы устройства. В конечном итоге может развиться обширное коробление и плата разрушится. По этой причине на традиционных платах нецелесообразно монтировать компоненты в керами­ческих корпусах с габаритами, превышающими 6 мм, а в процессе проектиро­вания плат приходится принимать альтернативные решения.

Экономический аспект ТПМК. Во многих случаях прямой экономиче­ский выигрыш , который может дать ТПМК по сравнению с техникой монтажа в отверстия, не предсказуем. Корпуса для ТПМК дороже обычных корпусов, требуют плат более сложной конструкции, не обеспечивают приемлемого вы­хода годных изделий на этапе внедрения, требуют больших затрат на испыта­ния и ремонт и, что более важно, требуют начальных капиталовложений по­рядка по меньшей мере полумиллиона долларов.

Преимущества техники поверхностного монтажа не могут быть оце­нены только прямым сопоставлением с экономическими показателями техники монтажа в отверстия. Стимулами развития и доказательством прав на сущест­вование (жизненности) поверхностного монтажа являются уменьшение массо-габаритных показателей и увеличение функциональных возможностей аппара­туры.