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.2).

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.

Таблица 2

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

Как видно из вышесказанного, разнообразие бескорпусных и корпусированных ИМС (БИС и СБИС), обусловленное объектив­ными направлениями их совершенствования, уже само по себе вызывает разнообразие методов компоновки и сборки в различ­ных устройствах МЭА. К этому, конечно, следует добавить и ус­танавливаемые в необходимых случаях на плату отдельные радиокомпоненты в микроминиатюрном исполнении: керамические конденсаторы, дроссели, трансформаторы, наконец, мозаичные резисторы и конденсаторы (единичные пассивные тонкопленоч­ные элементы, изготовленные на ситалловой подложке). Однако методы монтажа таких компонентов уже хорошо отработаны, ав­томатизированы и давно описаны в литературе.

Практическое занятие

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ДОПУСКИ И ИХ ВЛИЯНИЕ НА ВЫХОДНЫЕ ПАРАМЕТРЫ ЭЛЕКТРОННЫХ УСТРОЙСТВ.

СТАТИСТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ

Целью практического занятия является изучение характера влияния технологических допусков на выходные параметры ЭВС и овладение основами статистического анализа при определении допусков на выходные параметры электронных устройств.

Продолжительность занятия – 2ч.

Теоретические сведения

Технология изготовления ЭВС представляет собой сложную систему технологических процессов, включающую множество технологических операций. В простейшем случае это можно представить в виде этапов (рис. 5.1), каждый из которых является технологическим многооперационным процессом. Каждый такой процесс включает (в зависимости от физико-химической сущности воздействия технологических факторов, действующих при выполнении операций) активные формирующие операции, создающие (рождающие) выходные параметры изделий, либо активные преобразующие операции, количественно изменяющие выходные параметры изделий, либо пассивные операции, не влияющие непосредственно на выходные параметры изделий, а иногда их сочетания.

Любой объект производства на каждой операции или стадии изготовления можно представить одно-, либо многопараметрической структурой, имеющей свои входные и выходные характеристики или параметры (рис. 5.2), изменяющиеся (количественно или качественно), либо не претерпевающие изменений в зависимости от характера операции, которой подвергается объект.

Требуемая точность выходных параметров изделия, обеспечивающая его нормальное функционирование в соответствии с техническими условиями (функциональная точность), задается допуском, т. е. интервалом, в котором отклонения выходных параметров допускаются техническими условиями (ТУ). Функциональная точность изделия, таким образом, задается ТУ, а функциональная точность узлов, блоков и других конструктивов изделия рассчитывается с учетом соотношения

,

где - половина поля допуска на выходной параметр изделия по ТУ;

- половина поля допуска на выходной параметр i - го функционального узла, блока, других конструктивов.

Поскольку допуск на выходной параметр изделия – функция многих переменных (например, допусков на выходные параметры различных конструктивов изделия), то решение такой задачи будет неоднозначным. Рациональный путь решения заключается в выборе оптимального допуска , который бы максимально отвечал требованиям производства и был бы экономически приемлем.

Следовательно, под величиной надо понимать не только точность получения выходного параметра, но и суммарный допуск с учетом производственного разброса параметров вследствие воздействия всевозможных технологических факторов (температуры, влажности, электрического и магнитного полей и т. д.) в процессе изготовления ЭВС и их конструктивов, т. е. с учетом технологической точности. Точность выполнения технологических операций определяется величинами первичных

Рис. 5.1. Основные этапы технологического процесса изготовления ЭВС.

погрешностей. Погрешности – это ошибки, отклонения результатов измерений тех или иных параметров изделий от их заданных значений. Анализ точности технологического процесса дает возможность изучить причины возникновения погрешностей и тем самым определить способы их устранения и предупреждения.

Рис. 5.2. Схематическое представление однопараметрического (а) и многопараметрического (б) объекта производства при прохождении им различных технологических операций (ТО) в процессе изготовления электронного устройства (ЭУ).

Первичные погрешности, возникающие вследствие колебаний параметров физико-химических процессов производства, условно подразделяются на конструкторские и производственные.

Конструкторские погрешности возникают в процессе проектирования ЭВС и технологической оснастки для их изготовления и настройки. Причины таких погрешностей заключаются в замене точных расчетных формул приближенными, в использовании приблизительных данных для различных коэффициентов, в округлении полученных величин. Кроме этого, конструкторские погрешности возникают в результате недостаточного учета реальных условий эксплуатации (температуры, вибраций, нагрузок и т.п.) и недостаточно тщательной предварительной проверки (или отсутствия испытаний) конструкции ЭВС перед запуском ее в производство. Расчет и анализ конструкторских погрешностей ЭВС базируются на теории чувствительности.

Производственные погрешности возникают в процессе изготовления ЭВС и их конструктивов и подразделяются на систематические и случайные.

Систематические погрешности вызваны определенно действующими (детерминированными) причинами, величины и знаки их отклонений от средних значений номиналов постоянны во времени. В зависимости от причин, их порождающих, систематические погрешности можно разделить на несколько типов. Это методические (присущие данному методу обработки или получения детали, узла и т. п.); погрешности, порождаемые сознательно допускаемыми отступлениями от точной схемы технологического процесса (например, для его удешевления, когда не требуется большой точности изготовления деталей, узлов и т. п.); погрешности, порождаемые деформациями в системе, например, приспособление (или оборудование) - инструмент – деталь и т. п. Деформации возникают под влиянием действующих на систему механических усилий, а также вследствие остаточных напряжений и температурных градиентов.

Случайные погрешности вызываются, рядом причин, в том числе неустойчивостью детали, неточностью ее установки и неравномерностью обработки; колебаниями допусков (например, на размеры, технологические режимы и т. п.); непостоянством состава применяемых материалов и т. д. Такие погрешности могут иметь различные значения для элементов и компонентов электронных устройств (ЭУ) даже в пределах партий. Характер изменения случайных погрешностей не может быть определен без статистических методов их анализа.

Основным приемом статистических методов оценки случайных погрешностей является построение кривых их распределения и статистический анализ.

Очевидно, что на законы распределения погрешностей существенно влияют условия возникновения последних. Для определения законов распределения погрешностей необходимо знать условия производства ЭУ, а также иметь ряд других сведений, например, рассматривается ли вся партия изделий или только выборка и т. д.

При изготовлении ЭУ чаще всего полагают, что:

• производственная погрешность представляет собой сумму частных погрешностей, которые вызываются действием большого числа случайных и некоторого числа систематических первичных факторов;

• число случайных факторов и параметры вызванных ими частных погрешностей не изменяются во времени;

• случайные факторы по своему влиянию на общую погрешность составляют величины одного порядка;

• все случайные факторы взаимонезависимы (т. е. рабочий не имеет возможности влиять на работу оборудования);

• число систематических факторов и значения, вызванных ими погрешностей для всех деталей (или узлов) остаются одинаковыми.

В таком случае, как показали многочисленные исследования, погрешности распределяются по закону Гаусса (нормальное распределение) и математически выражаются так:

,

где , , , , - соответственно плотность распределения, среднеквадратическое отклонение, дисперсия, математическое ожидание и текущее значение измеряемой величины. Следовательно, некоторые основные свойства случайных величин могут быть описаны статистическими параметрами.