11.1.3. Корпуси дискретних активних компонентів
Найпоширенішими типами конструктивного оформлення корпусів дискретних активних компонентів: діодів, транзисторів, стабілітронів та інших дискретних напівпровідникових приладів є корпуси Melf (Mini-Melf) з потужністю розсіь 0,1-0,5 Вт і мініатюрні корпуси типу SОТ (Small Оutline Тransistor - малогабаритний транзисторний корпус). Корпуси типу SОТ з'явилися наприкінці 60-х - на початку 70-х років і являють собою мініатюрні пластмасові корпуси для двох-, трьох- чотирьох-, п'ятививідних дискретних напівпровідникових приладів, призначених для автоматизованого монтажу на поверхню. Конструкція виводів типу «крило чайки». Корпуси SОТ-23 (3 виводи) і SОТ-143 (4 виводи) здатні розсіювати потужність 350 мВт і 200 мВт відповідно. Корпуси SОТ-89 (для потужних транзисторів здатні розсіювати потужність до 1000 мВт. Чисто діодний мінікорпус SOD-80 конструктивно реалізований у скляній оболонці. Загальний вигляд міні корпусів поданий на рисунках (рис.11.9.).
Рис.11.9. Загальний вигляд корпусів поверхневих дискретних активних компонентів
11.1.4. Корпуси інтегральних схем.
Корпус інтегральної схеми (ІС) є проміжним елементом між напівпровідниковим кристалом і друкованою платою, забезпечуючи технологічність монтажу кристала на ДП, зручність контролю, захист від впливу навколишнього середовища при складанні та експлуатації апаратури. Для технології ПМ необхідні спеціально розроблені конструкції корпусів ІС, оскільки існуючі корпуси (у тому числі і поширений - DІР) не відповідають вимогам мікромініатюризації, які постійно підвищуються.
Нові корпуси ІС для ПМ відрізняються формою тіла корпусу і розміщенням виводів від раніше вживаних корпусів із штирковими виводами. Форма виводів у корпусах для поверхневого монтажу показана на рис.11.10. Еволюція зміни конструкції виводів ІС за останні 30 років показана на рисунку.
Рис.11.10. Форма виводів у корпусах ІС для поверхневого монтажу :
а) L - подібний у вигляді «крила альбатроса»; б) L - подібний у вигляді «крила чайки»; в) j-подібний відкритий; г) j - подібний закритий; д) I - подібні для паяння в стик.
Корпуси з L - подібними виводами мають ряд переваг: вони легше піддаються операціям контролю, бо місця пайки добре проглядаються; легше самопозиціонуються і забезпечують краще прилягання корпусу елемента до плати, що покращує тепловий режим і зменшує розміри плати по висоті. Однак, при цьому зростає площа, яку займає компонент разом з виводами на поверхні плати. Крім того, такі корпуси при великій кількості виводів складні у виробництві, а самі виводи, що виступають, можуть бути пошкоджені під час складальних або транспортних операцій. Площинні корпуси, у яких шлейф L - подібних виводів виводиться на всі чотири сторони, потребують тимчасової фіксації за допомогою оправки на час паяння. Крім того, слід враховувати зменшення пружності цих виводів після пайки за рахунок утворення жорсткої оболонки з припою навколо виводу.
Корпус з J - подібною формою виводів має менші загальні розміри і займає менше посадочне місце на поверхні плати. Він стійкий при транспортуванні, добре пристосований до різних типів технологічних носіїв (стрічка, магазин, контейнер).
Крім того, такий корпус умовно легко встановлюється у спеціальні контактні панельки, що дає можливість одночасного паяння хвилею припою всіх компонентів, коли плата має наскрізні отвори. Панельки полегшують заміну і ремонт компонентів, однак зменшують щільність монтажу. Недоліками корпусу з J - подібними виводами є: складність візуального контролю паяних з'єднай (нижня частина виводу схована під корпус); мале прилягання до поверхні плати, що добре з точки зору очистки, але погіршує відведення тепла; необхідність наносити більшу кількість пасти припою.
Менш розповсюдженим є І - подібний вивід для пайки в стик. Такі контакти виводять на всі чотири сторони корпусу. За своїми позитивними властивостями він схожий з J-подібним виводом, але має гірші пружні властивості. Корпуси з такими виводами мають високий рівень технологічності і легко монтуються на плату.
Важливим типом корпусів для поверхневого монтажу є, так звані, безвивідні корпуси. Це корпуси з виродженою формою виводів у вигляді контактних площадок, які розташовані у межах проекції тіла корпусу. Найсуттєвішим елементом конструкції є металізована керамічна основа. Безвивідні корпуси можуть мати велику кількість контактних площинок, чим забезпечують високу щільність монтажу, займаючи на платі площу в кілька разів меншу. Ці корпуси призначені для безпосереднього монтажу на поверхню плати пайкою розплавленням дозованого припою або встановленням у контактні панельки. Проблемою безвивідних кристалоносіїв є умовно висока вартість, що іноді компенсується значно меншими, ніж у інших типів, паразитними параметрами. Еволюція корпусів ІС для ПМ показана на рис. 11.11.
Рис.11.11. Еволюція зміни конструкції виводів ІС
Основна номенклатура інтегральних схем для поверхневого монтажу виготовляється виробниками як за кордоном, так і в СНД у таких основних видах корпусів або їх модифікаціях:
SO - пластмасовий малогабаритний.
PLСС - пластмасовий кристалоносій з виводами.
LССС - керамічний кристалоносій безвивідний.
LDСС - керамічний кристалоносій з виводами.
QFР - плоский квадратний корпус з чотиристороннім розташуванням виводів.
ВGА - з виводами у вигляді кульок припою.
СSР - з виводами у вигляді кульок припою.
11.1.4.1. Корпуси типу SО (рис.11.12, рис.11.13) Корпуси типу SO (Small Outline - малогабаритний корпус) нагадують за виглядом корпусу DIP, але коротші і нижчі; пластмасові, прямокутні з розміщеними в два ряди виводами, сформованими таким чином, щоб можна було вести монтаж на контактні площадки, а не в отвори друкованої плати. Ще у 1997 році світова промисловість виготовила 40 мільярдів мікросхем у корпусах SOР.
Рис.11.12. Конструкція корпусу SO-8
Рис.11.13. Конструкція корпусу SO
Застосування корпусів типу SO забезпечує значне скорочення розмірів та маси компонентів, а значить радіоелектронних модулів.
Часто до буквеного позначення корпусу SO додають:
букви, які позначають матеріал корпусу (Р – пластик, С – кераміка, М – металокераміка);
букви, які позначають тип виводів (L – подібні, J – подібні, І – подібні).
11.1.4.2. Корпуси PLCC. Корпуси PLCC (Plastic Leaded Chip Carrier -кристалоносій пластмасовий з виводами). Корпус квадратний, виводи з чотирьох сторін, число виводів від 20 до 114. Виводи J – подібні закриті, що значно зменшує займану площу, крок 1,27, 0,63 мм. ІС в таких корпусах можуть монтуватись з двох боків ДП.
Рис.11.14. Загальний вигляд корпусу PLCC.
11.1.4.3. Корпуси LCCС. Корпуси LCCС (Leadless Ceramic Chip Carrier – безвивідні керамічні кристалоносії) мають конструкцію, яка складається з трьох основних елементів: металізованої керамічної основи, металевої кришки і герметизуючого матеріалу, найчастіше – це спеціальний припій. Корпус квадратний, кількість контактів від 16 до 16 до 156.
Ці корпуси призначені для безпосереднього монтажу на поверхню плати методами паяння розплавленням дозованого припою, або для установки в контактні панельки.
Рис.11.15. Корпус керамічний безвивідний типу LCCС.
11.1.4.4. Корпуси BGA (Ball grid array — масив кульок) — тип корпусу поверхнево-монтованих інтегральних мікросхем. BGA виводами є кульки з припою нанесені на контактні площадки із зворотного боку мікросхеми. Мікросхему розташовують на друкованій платі згідно з маркуванням першого контакту на мікросхемі і на платі. Далі, мікросхему нагрівають з допомогою паяльної станції або інфрачервоного джерела, так що кульки починають плавитися. Поверхневий натяг примушує розплавлений припій зафіксувати мікросхему рівно над тим місцем, де вона повинна знаходитися на платі. Поєднання визначеного припою, температури паяння флюсу і паяльної маски не дозволяє кулькам повністю деформуватися.
Рис.11.16. Конструкція BGA корпусу
Рис.11.17. BGA мікросхеми пам’яті на ДП.
Рис.11.18. Приклади ІС з BGA виводами.
Переваги:
висока щільність, оскільки масиви виводів BGA при використанні поверхневого розташовуються все з меншою і меншою відстанню і шириною виводів, які виконують у вигляді кульок припою у потрібній кількості і місці;
хороша теплопровідність, так як корпус має кращий тепловий контакт між мікросхемою і платою, що в деяких випадках позбавляє від установки тепловідводів, оскільки тепло йде від кристала на плату ефективніше Якщо BGA-мікросхеми розсіюють достатньо великі потужності і тепловідвід по всіх кулькових виводах недостатній, то до корпусу мікросхеми прикріпляється (іноді приклеюється) радіатор. (відеоплати для ПК).
малі наводки, адже довжина провідника дуже мала і може визначатися лише відстанню між платою і мікросхемою, так що застосування BGA дозволяє збільшити діапазон робочих частот і, для цифрових приладів та збільшити швидкість обробки інформації.
Недоліки
негнучкі виводи, які при тепловому розширенні або вібрації можуть зламатися. Тому BGA не є популярним у військовій техніці або авіабудуванні. Частково цю проблему вирішує заливання мікросхеми компаундом. Одночасно компаунд перешкоджає проникненню вологи під корпус BGA-мікросхеми;
складність контролю якості паяння. Зазвичай застосовують рентгенівські знімки або спеціальні мікроскопи, але вони дорогі. Якщо BGA невдало припаяна, вона може бути відпаяна феном або на паяльній станції і замінена на нову.
11.1.4.5. Корпус CSP. Корпуси CSP (Chip Scale Package – корпус з розмірами чипа) є розвитком структур BGA і можуть включати в свій склад кристали з матричними виводами BGA або декілька кристалів в одному корпусі, а також зовнішні виводи корпусу у вигляді BGA. Використання CSP структур дозволяє зменшити розміри інтегральних схем майже на порядок. Корпуси CSP забезпечують істотне зменшення площі, яку займає корпус на багатошаровій комутаційній платі.
Конструктивно CSP корпус може бути виконаний із жорсткою платою, гнучкою друкованою платою або із замовленою вивідною рамкою. Виключення друкованої мікроплати і розміщення кулькових виводів безпосередньо на контактних площадках у верхньому шарі металізації кристала дозволило створити найперспективнішу конструкцію CSP корпусу, в якій після формування кулькових виводів кристал мікросхеми заливають тонким шаром пластмаси (рис.11.19) і монтують на друковану плату так само, як корпус ВGА.
1,10
0,8
Рис.11.19. Мікросхеми у корпусі CSP
Рис.11.20. Приклади ІМС в корпусі CSP