Технология монтажа пассивных компонентов

В общем количестве навесных компонентов, используемых в ЭУ, пассивные компоненты составляют долю порядка 70 %, причем около 80 % из них приходится на резисторы и конденсаторы. Поэтому для снижения массогабаритных показателей и повышения эксплуатацион­ной надежности ЭУ миниатюризация конструкций пассивных компо­нентов не менее важна, чем микросхем.

Самой миниатюрной и наиболее распространенной конструктивной реализацией пассивных компонентов (резисторов, конденсаторов, индуктивностей и др.) для ТПМ является чип-конструкция. Чип-конструкции (компоненты такой конструкции называют чип-компонентами) представляют собой безвыводные, преимущественно некорпусированные варианты конструкций простейшей (обычно прямо­угольной) формы, как правило, со следующими размерами: минималь­ными 1,0x0,5x0,35 мм и максимальными 7,5x5,0x4,5 мм. Иногда к чип-компонентам относят компоненты в цилиндрических корпусах MELF и мини-MELF.

Пассивные чип-компоненты отличаются габаритными размерами, материалами, применяемыми для их изготовления, электрофизическими характеристиками и назначением. Стоимость чип-компонентов в боль­шинстве случаев ниже стоимости их традиционных аналогов. Обозна­чаются чип-компоненты обычно по типоразмерам, например, 0603 озна­чает, что компонент имеет длину 0,06 дюйма (1,524 мм) и ширину 0,03 дюйма (0,762 мм).

Материал выводных площадок чип-компонентов, как правило, содержит барьерный слой никеля (чаще) либо палладия (реже) для предотвращения растворения основного металла вывода компонента при­поем во время пайки (так называемого эффекта "выщелачивания").

Наименьшие размеры на сегодня имеют чип-резисторы типа 0201 (0,5x0,25x0,3 мм) и чип-конденсаторы (0,38x0,38x0,13 мм), однако дальнейшее уменьшение их размеров нецелесообразно по следующим причинам:

• резко усложняются сборочные автоматы и повышается их стои­мость;

• уменьшаются размеры контактных площадок знакомест, что ведет к снижению надежности паянных соединений;

• уменьшается номинальная мощность рассеяния резистора (либо номинальная емкость конденсаторов);

• невозможно наносить на них маркировку.

В этой связи становится понятной тенденция к росту спроса в конце 90-х годов на интегральные пассивные компоненты, развивающиеся в направлении: пассивные ИС (например, резисторные микросхемы и др.) - пассивные компоненты, интегрированные в подложках (из керамиче­ских, органических и других материалов), являющихся основанием, на­пример МКМ - пассивные компоненты, встроенные в активные ИС (т.е. в кристалл ИС (БИС, СБИС)). Тем не менее дискретные пассивные ПМК не удается полностью заменить интегральными в мощных ЭУ при жестких требованиях к допускам на номинальные значения параметров а также в ЭУ, требующих конденсаторов с емкостью более 1,0 нФ и ра­бочим напряжением более 50 В.

Большая часть чип-резисторов изготавливается методами толстопленочной технологии на керамических подложках с применением ла­зерной подгонки до требуемой величины сопротивления и пассивации тела резистора слоем стекла. Кроме того, в последние годы появилось большое разнообразие других типоразмеров чип-резисторов, например 160В, 2010, 2512, 2516 и т.д., в том числе с номинальной рассеиваемой мощ­ностью до 3,0 Вт.

В сфере производства дискретных чип-резисторов четко просмат­риваются следующие тенденции:

• увеличение объема выпуска имеющихся и новых, более перспек­тивных конструкций не только резисторов, но и резисторных матриц и сборок;

• постепенная замена толстопленочных на тонкопленочные техно­логии с более прецизионными характеристиками, отвечающие требова­ниям защищенности от электромагнитных помех (включая радиочас­тотные) в диапазоне частот до 1 ГГц, а также способствующие повыше­нию плотности монтажа и степени интеграции ЭУ;

- использование новых материалов для тонкопленочных чип- резисторов с повышенной температурной стабильностью (например, нитрида тантала, многокомпозиционных материалов на основе кремния и др.), низким уровнем шумов и сверхминиатюрными размерами;

- выпуск тонкопленочных резисторных матриц и сборок для мон­ тажа на гибких полимерных платах, а. также резисторных микросхем.

Тонкопленочные чип-резисторы изготавливаются как прямоуголь­ной, так и цилиндрической формы, причем последние отличаются лучшими электрофизическими характеристиками (за исключением высокочастотных) и, кроме того, требуют более прецизионной сборки (из-за малой площади контактной зоны на площадках зна­коместа). Другие конструкции резисторов для ТПМ, включая переменные (подстроечные) и специальные резисторы, выпускаются в меньших обьемах и большей частью не стандартизированы. Они имеют конструкцию прямоугольной формы, часто подобную корпусу типа SO (с L-, реже J-образными выводами), а иногда и безвыводные с габаритными размерами, несколько превышающими размеры чип-резисторов.

Резисторно-конденсаторные, резисторно-диодные и другие сборки (последние называют комбинированными приборами) выполняются преимущественно в корпусах типа SOT-143 либо SOIC.

Керамические многослойные чип-конденсаторы были первыми миниатюрными компонентами (которые использовались в производстве пленочных ГИС), поэтому технология их изготовления хо­рошо отработана. В настоящее время они занимают первое место по; объему выпуска конденсаторов на мировом рынке. Освоение ТПМ способствует ускоренному развитию многослойных керамических чип-конденсаторов, Только за последние несколько лет появились нестан­дартные группы конструкций таких конденсаторов, отличающиеся рас­ширенным диапазоном емкостей 10^-7 - 10³ мкФ (при рабочих напряже­ниях U_p до 50 В и рабочих частотах до 50 ГГц); минимальными габари­тами 0,38x0,38x0,13 мм (при U_p до 50 В и диапазоне емкостей 6,8*10^-5 -6,3*10^-3 мкФ) для плоской прямоугольной конструкции и 1,0x1,6 мм (диаметр х длина) (при U_p до 50 В и диапазоне емкостей 10^-6 - 3,3*10^-2 мкФ) для цилиндрической конструкции; высоким U_p до 6 кВ (при диапазоне емкостей 0,5*10^-6 - 8,2 мкФ и минимальных габаритах 3,2x1,6x1,3 мм). Кроме того, имеются группы специальных многослойных керамических чип-конденсаторов и наборов конденсаторов с U_p от 16 до 250 В и номинальной емкостью от 22 пФ до 1,0 мкФ (для применений в устройствах сопряжения с линиями телекоммуникаций; в сверхбыстродействующих цифровых устройствах с минимальными паразитными индуктивностями; в цепях линейной фильтрации пор­тов ввода-вывода; в высокоимпедансных линиях передачи данных; в ВЧ и СВЧ устройствах и т.д.), разработанных с использованием ультрафар­фора и других перспективных керамик. Удельная емкость многослойных керамических чип-конденсаторов увеличивается за счет уменьшения толщины диэлектрических слоев, а также применения новых материа­лов с высокой диэлектрической проницаемостью. Слабым местом многослойных керамических чип-конденсаторов является чувствительность к термоударам, что следует учитывать при отработке процесса их пайки на платах.

Второе место по объему выпуска занимают танталовые оксидные чип-конденсаторы, отличающиеся лучшим сочетанием стоимости, габа­ритов и надежности, что расширяет области их применения в сравнении с другими чип-конденсаторами. Диэлектриком таких конденсаторов является оксид тантала, а выпускают их с номинальной емкостью от 0,1 до 470 мкФ при U_p ~ 4 - 50 В.

Оксидные алюминиевые электролитические чип-конденсаторы не­сколько дешевле танталовых, имеют большие допуски на номинал больший диапазон емкостей (от 0,1 до 1,8-10⁵ мкФ при U_p = 4 - 250 В).

Перспективными являются чип-конденсаторы с полимерными пле­ночными диэлектриками (включая комбинированные пленочные мате­риалы и тонкопленочные покрытия), работающие на более высоких час­тотах и имеющие лучшую стабильность характеристик, чем прочие чип-конденсаторы. В качестве полимерных диэлектрических материалов ис­пользуют полиэфирные, полипропиленовые, полистироловые, поликар­бонатные и другие пленки. Диапазон номиналов емкостей для пленочных чип-конденсаторов составляет 4,7*10^-4 - 47 мкФ при Up ~ 6,3 - 630 В.

Дискретные индуктивности чип-конструкций, применявшиеся ра­нее в ГИС и МСБ, постоянно совершенствуются в направлении освоения перспективных композиционных материалов, выдерживающих группо­вые автоматизированные процессы пайки оплавлением дозированного припоя и в то же время позволяющих получить улучшенные электрофизические характеристики при малых габаритных размерах. Одной из самых перспективных разработок чип-индуктивностей является монолитная прямоугольная многослойная конструкция, состоящая из чередующихся слоев магнитного и электропроводящего материалов. Фактически такая конструкция имеет собственный магнитный экран, удерживающий магнитный поток внутри ком­понента, и позволяет свести к минимуму наводки от него в устройствах с самым высокоплотным монтажом. Чип-индуктивности выпускаются с номинальной индуктивностью 10 нГн - 2 мГн (±5 - ±20 °/о) для диапазона частот 6,0 МГц - 1,0 ГГц.

Другие самые миниатюрные корпуса и чип-конструкции различных дискретных компонентов появились совсем не­давно, они также пригодны для автоматизированной сборки и группо­вых автоматизированных на самом высоком уровне процессов сборки и монтажа.

Дефицитными пока остаются подстроенные конденсаторы с мак­симальной переменной емкостью более 50 пФ, соединители, миниатюр­ные реле, герконы, индикаторы, тумблеры, кнопочные переключатели и т.п. конструктивы.

Для обеспечения эффективной и недорогой сборки важно, чтобы ПМ компоненты поставлялись в такой форме упаковки, которая совмес­тима с современными сборочными автоматами. Не менее важно это и для разработчиков сборочного автоматизированного оборудова­ния, так как разнообразие форм упаковок при поставках усложняет кон­струкции отдельных узлов автоматов и повышает стоимость оборудова­ния для сборки. Перспективной формой упаковки ПМ компонентов яв­ляется гибкая пластмассовая лента с выпрессованными полостями для компонентов, фиксируемых покровной лентой (а при необходимости содержит и антистатическую ленту). Гибкая лента имеет пер­форированные отверстия по краям для автоматической подачи компо­нентов исполнительному устройству. Диаметр катушек в зависимости от ширины лент, изменяющейся в пределах 8 - 80 мм, составляет 180 - 325 мм.