1.11. Электромонтажные соединения в приборостроении

При сборке изделий на ПП применимы как дискретные ЭРЭ с двумя-тремя выводами, так и ИМС с плотностью выводов до 60 см^-2 и числом до 260 шт., а также безвыводные и снабженные выводами кристаллодержатели.

Расстояние между выводами колеблется от 2,54 мм до 0,51 мм и менее.

Поэтому для получения нескольких десятков на 1 см^-2 многоконтактных соединений выводов корпусов с контактными площадками ПП предъявляются высокие требования.

В частности:

1) к выбору контактируемых материалов, это пленки 1÷8 мкм и проволоки из золота диаметром 25÷80 мкм, меди 50÷100 мкм, луженой меди 100÷150 мкм, алюминия 5÷100 мкм, палладия, никеля 10÷50 мкм и др.;

2) к геометрическим размерам выводов 25÷100 мкм и площадок >700 мкм²;

3) к методу (пайка, сварка, накрутка, склеивание) и режимам формирования соединений, T=+150÷+350 ^oC, t≈0.5÷10 c, P≤10⁸ Н/м²;

4) к уровню автоматизации процесса присоединения выводов;

5) точности совмещения выводов элементов и контактных площадок плат (около 25 мкм).

По экспериментальным данным установлено, что 50÷80 % всех отказов в САУ происходит из-за некачественных электрических соединений.

Факторы, отражающие качество соединений:

2. надежность и долговечность;

3. высокое омическое сопротивление в зоне контакта и его стабильность в различных климатических условиях;

4. механическая прочность (максимально возможная);

5. значение основных параметров процесса контактирования (минимизация → температуры, давления, длительности выдержки);

6. возможность сочетания в контакте разнообразных материалов и типоразмеров;

7. стойкость к термоциклированию;

8. недопустимость деградации соединений за счет образований попутных материалов;

9. обеспечение контроля качества соединений простыми и надежными средствами;

10. экономическая эффективность и производительность процесса.

Основные методы выполнения электрических соединений, применяемых в производстве САУ, следующие:

1. пайка – а) низкотемпературная (≤450 ^oC); а) индивидуальная; (паяльником), б) высокотемпературная (>450 ^oC); в) групповая; (погружением, волной припоя);

2) сварка – а) давлением (ультразвуковая, электроконтактная, термокомпрессионная); б) плавление (электронным лучом, лазерным лучом);

3) методы, основанные на упругой и пластической деформации – а) накруткой (обыкновенная, модифицированная и бандажная); б) обжатием;

4) специальные, соединение токопроводящими клеями.

Пайка – соединение металлов в твердом состоянии путем введения в зазор расплавленного припоя, взаимодействующего с основным металлом и образующего жидкую металлическую прослойку, кристаллизация которой приводит к образованию паяного шва.

Паяные электрические соединения применяются при монтаже электронной аппаратуры из-за низкого и стабильного электрического сопротивления, универсальности, простоты автоматизации, контроля и ремонта.

Недостатки пайки:

1) высокая стоимость используемых цветных металлов и флюсов;

2) длительное воздействие высоких температур;

3) коррозионная активность остатков флюсов;

4) выделение вредных веществ;

5) оловянная чума.

Сварка – получение неразъемного соединения материалов под действием активирующей энергии теплового поля, деформации, ультразвуковых колебаний или их сочетаний.

По сравнению с пайкой сварка имеет преимущества: более высокая механическая прочность соединений; отсутствие присадочного материала; дозированная тепловая нагрузкна на ЭРЭ; уменьшение расстояний между контактами.

К недостаткам относят: критичность при выборе сочетаний материалов; увеличенное переходное сопротивление при образовании интерметаллов; неприемлемость групповых методов электрического монтажа; сложность ремонта.

Соединения, основанные на деформации деталей, проводов или выводов, выполняются в холодном состоянии. Под действием значительных механических усилий происходит разрушение оксидных пленок на поверхности элементов и образование надежного вакуум-плотного соединения.

Это соединение характеризуется высокой механической прочностью, низкой стоимостью, легко поддается механизации, не создает помех в цепях низкого напряжения.

Соединение токопроводящими клеями и пастами, в отличие от пайки и сварки, не вызывает изменений структуры соединяемых материалов, так как осуществляется при низких температурах и давлениях, упрощает конструкцию соединений и применяется в случаях неприменимости других способов: в труднодоступных местах, при ремонте и т. д.

Его недостатки (низкие термостойкость, проводимость и надежность) обусловили сравнительно редкое применение в серийном производстве. Сравнительная характеристика параметров электрических соединений сведена в табл. 1.11.1.

Таблица 1.11.1

Вид соединения	переходное сопротивление, Rпер·10-3, Ом	механическая прочность, Р, Мпа	Интенсивность отказов, λ·10-9, 1/ч	Тепловое сопротивление контакта, RТ, град/Вт,
Сварка	0,01÷1,00	100÷500	0,1÷2,0	0,001
Пайка	1÷2	60–80	0,2÷0,5	0,0005
Накрутка	2÷3	10÷40	1÷10	0,002
Обжимка	1÷10	20÷50	2÷5	0,0008÷0,001
Склеивание	1÷10 Ом·м	5÷10	10÷50	5

Выбор метода получения электрических соединений определяется конструкцией контактного узла, материалом деталей, требованиями к качеству, условиями экономичности и производительности.