17.4. Бескорпусная элементная база

Наименьшая монтажная площадь, которую может занимать СБИС на коммутационной плате − посадочная площадь самого кристалла. Бескорпусная технология сборки СБИС практически реализует эту возможность, обеспечивая и решение вопроса по созданию СБИС КГА. При этом, в отличие от корпусов типа 2 (зарубежный аналог DIP) и поверхностно монтируемых корпусов типов 4 и 5 (зарубежные аналоги SO, SOIC, PLCC, QFP, CLCC, BGA и подобные по стандартам организаций JEDEK (США), EIAJ (Япония)), бескорпусные кристаллы (БК) СБИС, в сущности, могут быть смонтированы на платах из любых материалов, если позволяет точность изготовления знакоместа монтажной платы, поскольку для БК имеется широкий выбор материалов и разновидностей выводов, а также технологий микроконтактирования, упрощающих решение проблем согласования ТКЛР сопрягаемых материалов при монтаже БК СБИС. Вместе с тем, БК СБИС имеют наименьшие значения переходных сопротивлений, паразитных емкостей и индуктивностей, что способствует повышению скорости обработки сигналов МКМ (табл. 17.3).

Таблица 17.3

Сравнительные характеристики корпусированных 64-выводных бис и их бескорпусных аналогов

Характеристики	БИС в DIP-корпусе	Корпусированные БИС (микрокорпуса и кристаллодержатели с укороченными выводами и безвыводные)	Бескорпусные БИС
			ТАВ-конструкция на полиимидном носителе	Кристалл со столбиковыми выводами
Площадь знакоместа на КП, мм2	1711,5	77,44 – 390,06	41,22	32,72
Длина вывода, мм	7,62	0,6 – 3,41	0,25	До 0,1
Сопротивление проводов, Ом	1,0	0,22	0,09	0,002
Индуктивность выводов, нГн	22,0	1,8 – 6,5	0,5 – 1,2	0,03
Межвыводная емкость, пФ	4,12	0,3 – 0,5	Не более 0,1	Не более 0,01
Задержка распространения сигнала, нс	Более 0,3	0,03 – 0,12	Менее 0,03	Менее 0,01
Масса компонента, г	23,3	1,6 – 2,86	0,16	0,09

Для стандартизации бескорпусной элементной базы существует отраслевой стандарт (ОСТ) ОСТ В11 079.067…

В соответствии с ОСТом БК ЭБ подразделяется на 5 модификаций:

• модификация «1» – микросхемы с гибкими проволочными выводами;

• модификация «2» – микросхемы с ленточными выводами на гибком полимерном носителе;

• модификация «3» – микросхемы с жесткими (шариковыми или столбиковыми) выводами;

• модификация «4» – микросхемы на общей пластине;

• модификация «5» – микросхемы на общей пластине, разделенные без потери ориентации.

Надежность бескорпусных СБИС не уступает, а при определенных конструктивных исполнениях и выше, чем у корпусированных, по следующим причинам:

• уменьшено количество микросварных и паянных соединений на одну контактную площадку;

• исключено влияние корпуса на функционирование СБИС;

• улучшены условия теплоотвода за счет непосредственного монтажа на теплоотводящие платы без дополнительных переходных элементов;

• повышена устойчивость к механическим воздействиям, чему способствует прежде всего малая масса БК СБИС и конструктивов с их применением.

Таким образом, преимущества БК СБИС очевидны, особенно если учесть возможность формирования выводных контактных площадок по всей рабочей поверхности кристалла. В среднем, с учетом разных методов монтажа, максимальное число микроконтактных соединений (в том числе матричных) на 10 мм² поверхности кристалла может составлять от 300 до 1600. Это немаловажно, так как стоимость многовыводных кристаллодержателей (более чем 300- выводных) сегодня составляет почти 80 % стоимости готовой корпусированной СБИС.

Современные методы сборки бескорпусных СБИС основываются на двух направлениях: проволочной сборке и сборке с организованными выводами.

ИМС с проволочными выводами. Современные методы сборки бескорпусных СБИС основываются на двух направлениях: проволочная сборка и сборка с организованными выводами. До недавнего времени наиболее распространенным методом являлась проволочная сборка с помощью алюминиевых или золотых проволочных выводов. Процессы присоединения таких выводов к контактным площадкам кристалла достаточно отработаны, аналогичны монтажу кристалла в корпус, и широко освещены в литературе [5, 31]: чаще всего применяются термокомпрессионная или ультразвуковая сварка.

Однако автоматизация процесса монтажа СБИС с проволочными выводами на плату крайне затруднена, так как связана с очень кропотливым процессом совмещения при выполнении каждого соединения. Кроме того, необходимость электрической проверки кристалла после сборки для получения СБИС КГА заставляет использовать при монтаже специальную промежуточную тару или промежуточные носители, к которым присоединяются выводы от устанавливаемых на них кристаллов и которые позволяют после этого производить измерение кристалла и его монтаж на коммутационную плату вместе с носителем.

Применение промежуточных носителей обеспечивает автоматизацию сборки и монтажа, однако приводит к увеличению посадочного места кристалла на плате и, как следствие, к уменьшению плотности монтажа.

Дальнейшая автоматизация процессов создания СБИС КГА и монтажа кристаллов на плату МКМ достигается применением так называемых организованных выводов (методы беспроволочного соединения). Наибольшее распространение получили методы:

• присоединение с помощью балочных выводов;

• присоединение перевернутым кристаллом с шариковыми (столбиковыми) выводами;

• сборка с использованием гибких полимерных носителей.