1. Общие сведения

При сборке радиоэлектронных элементов, функциональных -уст­ройств и систем, т. е. соеди­нении их в единое законченное изделие, часто используются неразъемные соединения (НС), обеспечиваю­щие заданную степень надежности электрического и механического контактов. Такие контакты в зависимости от назначения и усло­вий эксплуатации должны отвечать ряду требований. Например, если контакт создается для электрической коммутации системы, ^:то он должен обладать хорошими электрическими свойствами, ос­новным из которых является минимальное значение переходного электросоп-рэтивления. Контакт двух и более конструк­тивных эле­ментов РЭА может формироваться, например, для герметизации корпусов микроэлектронных устройств; В этом случае основное тре­бование к соединению — герметичность, т. е. отсутствие пор, отвер­стий, трещин и т. п. Иногда неразъемные соедине­ния используются в РЭА для чисто механического сочленения конструктивных эле­ментов из­делия. Однако здесь этот случай не рассматривается, так как он является предметом техноло­гии неразъемных соединений в машиностроении.

Наиболее распространенными методами создания НС являются сварка, пайка, накрутка и клейка. Первые три метода применяются как для формирования электрических, так и механи­ческих соеди­нений, последний, как правило, - для механического соединения конструктив­ных элементов. Электрические соединения производят­ся на четырех конструктивно-техноло­гических уровнях: 1) внутри­схемные соединения в ИМС; 2) соединения ИМС и других элек­трон­ных устройств внутри корпусов; 3) контактирование отдельных уст­ройств на ПП; 4) ком­мутация ПП и типовых элементов замены (ТЭЗ). Для соединения внешних выводов кристал­лов полупровод­никовых ИМС с их корпусами используется главным образом свар­ка, в гиб­ридноплепочных ИМС и микросборках часто, а в ПП пре­имущественно - пайка. Накрутка производится на более высоком уровне - жгутовом соединении блоков РЭА. Склеивание применя­ется в основном для монтажа и крепления паяемого или сварива­емого соединения, а также механического (там, где, этот способ более эффективен, чем пайка и сварка, или по­следние невозможно осуществить).

При создании любых НС к соединяемым поверхностям предъяв­ляются жесткие требования в отношении их физической и хими­ческой чистоты, степени шероховатости, а также природы свари­ваемых или паяемых материалов, так как эти факторы влияют на качество соединения. Выбор соединяемых материалов ограничен конструкцией изделия и, как правило, не может быть изменен без серьезных причин, тогда как набор методов очистки соединяемых поверх­ностей достаточно широк. Некоторые из этих методов были подробно описаны в предыдущих главах, поэтому здесь рассмот­рим только механизмы образования НС в зависимости от техно­ло­гических факторов физико-химической природы.

Важнейшими аспектами проблемы создания НС в РЭА явля­ются обеспечение хорошего элек­трического контакта (с минималь­ным переходным сопротивлением) и надежного (механиче­ски проч­ного) сцепления соединяемых элементов конструкций, а также ста­бильность этих па­раметров в различных условиях эксплуатации.

Часто считают, что любое соединение является годным с элек­трической точки зрения, если общая площадь контактной поверх­ности равна или больше площади поперечного сечения со­единя­емых проводников. Это верно только в том случае, когда зона кон­такта имеет ту же (близкую) структуру, что и соединяемые мате­риалы. Если же физико-химическая природа зоны контакта и соединяемых материалов различна, то правильнее выбрать крите­рием качества электрического контакта (соединения) отношение плотности тока /_с, протекающего через соединение, к плот­ности то­ка /_м, протекающего через соединяемые материалы. В этом случае учитывается не кажущаяся, а эффективная площадь поверхности соединения. Условие качественного элек­трического контакта

Рис. 1. Схема электрического соединения без присадочного материала (контакт двух твердых тел): а - равномерная плотность тока в сплошном проводнике;

б - увеличенная плотность тока в точках контакта

Рис. 2. Схема электрического соединения с помощью присадочного материала (паяное соединение): 1- соединяемые металлы; 2 - зоны сплавления вследствие диффузии припоя и основного материала; 3 - при­садочный материал (припой);

h₀ - за­зор между соединяемыми металлами перед пай­кой.

На рис. 1 показана схема электрического соединения без ис­пользования дополнительных промежуточных материалов, а на рис. 2 - с применением специальных электропроводя­щих соеди­няющих материалов (припоев, проводящих клеев и т. п.). В первом случае соедине­ние осуществляется сваркой или накруткой, во вто­ром - пайкой или клейкой проводящими клеями.

При образовании электрического соединения к собственному сопротивлению проводника Rме добавляется переходное сопротивле­ние Rп возникающее за счет появления неоднородностей в соедини­тельном слое. В случае, представленном на рис. 2, к Rп добавля­ется сопротивле­ние третьего (соединяющего) материала Rс.м. - Сле­довательно, общее сопротивление области соединения

Rобщ.=Rме +Rп+Rс.м.+Rпл

где Rпл - сопротивление оксидных и других пленок на поверхности контакта.

Под влиянием технологических факторов и условий эксплуата­ции толщина и природа пленок меняются, что приводит к резкому изменению Rпл, особенно при соединении неблагородных металлов.

При передаче электрических сигналов их искажения в местах контактов зависят от характера изменения электрического сопротивления в соединительном слое. Поэтому технология формирования электрических контактов должна оказывать минимальное влияние на прохож­дение сигналов, что важно для слаботочных цепей, ис­пользуемых в микроэлектронных уст­ройствах.

Прочность соединения является важным параметром качества НС, обеспечивающим его на­дежную работу в процессе эксплуата­ции. Поскольку физико-химические аспекты прочности сварных, паяных и клееных соединений подробно описаны в различных кур­сах машинострое­ния и технологии сварочного производства, то в данной главе о них будут даны лишь краткие сведения.