Корпуса отличаются по двум признакам:
— по технологии монтажа на плату;
— по конструкции и технологии изготовления корпуса.
Тип корпуса определяется технологией монтажа на плату. Различают 6 типов корпусов.
Тип 1 – прямоугольный корпус с выводами расположенными перпендикулярно основанию в пределах проекции тела корпуса на плату.
Тип 2 – прямоугольный корпус с выводами в 2 или 4 ряда, сформованными вне проекции тела корпуса на плату.
Тип 3 – круглый корпус с выводами расположенными по кругу перпендикулярно основанию в пределах проекции тела корпуса.
Тип 4 – прямоугольный корпус с планарным расположением выводов, выходящих за пределы основания. Выводы могут быть на двух или четырех сторонах корпуса.
Тип 5 – прямоугольные плоские безвыводные кристаллоносители. Контакты для пайки находятся по периметру тела корпуса.
Корпуса типа 5 могут иметь технологические выводы, такие же, как и у типа 4. Технологические выводы используются при контроле и испытаниях микросхем. Перед монтажом на плату выводы обрезаются, а электрические соединения с платой осуществляются через металлизированные контакты по периметру корпуса.
Тип 6 – прямоугольные плоские безвыводные кристаллоносители, контакты для пайки находятся на основании корпуса в пределах проекции основания на плату. В зарубежной классификации это корпуса типа BGA (Вolls Grid Array).
Конструктивно-технологических вариантов корпусов известно четыре:
Пластмассовые корпуса. Кристаллы микросхем монтируются на жесткую рамку, затем защищаются эпоксидным лаком, затем опрессовываются в пластмассу. Лишние детали рамки обрезаются перед измерением микросхем. Выводы держатся за счет связи с пластмассовым телом корпуса. Это самый дешевый вид сборки. Технология обеспечивает изготовление корпусов типов 2, 4 и 5.
Металлокерамические корпуса. В керамическом теле корпуса спрессованы изолирующие и проводящие слои. В состав композиции входят окись алюминия, окись кремния, металлические порошки. После обжига тело корпуса твердеет. На проводящие слои гальванически осаждается металл (никель или золото). Металлическая рамка приваривается к покрытым металлом проводящим слоям керамики. Кристалл монтируется в полости корпуса и герметизируется металлической крышкой. Металлокерамические корпуса обеспечивают наилучшую герметичность и надежность микросхем. Широко используются в аппаратуре специального назначения. Технология используется для корпусов 2, 4, 5, 6 типов.
Металлостеклянные корпуса. Металлическое основание корпуса и металлическую крышку получают штамповкой из тонких листов. В основании делаются отверстия, в которые вставляются металлические выводы корпуса и привариваются к основанию легкоплавким стеклом. Стекло выполняет функции изоляции, герметизации и крепления выводов корпуса. Кристалл монтируется в полости корпуса и герметизируется металлической крышкой. Герметизация крышки выполняется электросваркой или пайкой с оловянно-свинцовым припоем. Металлостеклянные корпуса обеспечивают наилучший теплоотвод, т.к. корпус практически весь металлический. Дорогая технология. Используется для корпусов 1, 3, 4 типов.
Стеклокерамические корпуса. Заготовками для корпуса являются две керамических чашки и металлическая рамка. Рамка приваривается стеклом к основанию корпуса. Кристалл монтируется на основании и соединяется с рамкой. Герметизация микросхемы производится привариванием керамической крышки на стекло. Самый дешевый метод герметичной сборки микросхем. Однако этот метод имеет два существенных недостатка. Температура сварки стеклом 400 – 450 оС. Кристаллы микросхем не всегда выдерживают такую температуру и деградируют. Сварочное стекло выделяет при высокой температуре пары окислов металлов, активно разрушающие проводники в микросхемах. Есть модификации корпусов с отверстием в верхней половине корпуса. В этом случае кристалл монтируется в это отверстие после сварки стеклом и герметизируется металлической крышкой. Корпус от этого становится дороже и теряет преимущество в цене перед металлокерамической конструкцией. Отмеченные недостатки очень ограничивают распространение стеклокерамических корпусов. Технология используется для 2 и 4 типов.
В зарубежной классификации корпусов используются обозначения латинскими буквами, которые являются аббревиатурами англоязычных названий корпусов. Например, QFP (Quadrate Flat Package). Широко распространены корпуса следующих типов:
— DIP, PDIP, SOIC (соответствуют типу 2);
— QFP, LQFP, TQFP (соответствуют типу 4);
— PLCC, QFN (соответствуют типу 5);
— BGА (соответствует типу 6).
Номенклатура корпусов и соответствующих им обозначений постоянно расширяется, и для расшифровки маркировки требуются специальные справочники или техническая информация от производителя
17.3. Монтаж кристаллов в корпуса
Монтаж обычно включает две стадии:
· соединение кристалла с основанием корпуса;
· соединение контактных площадок на кристалле с выводами корпуса.
Есть два способа крепления кристалла – это соединение припоем или эпоксидным клеем. Для соединения припоем на основание корпуса необходимо нанести тонкий слой металла. Обратная сторона кристалла должна быть свободной от диэлектриков. Тонкая фольга из припоя помещается между кристаллом и основанием корпуса. В качестве припоя часто используется эвтектический сплав золото-кремний с температурой плавления 370°С. Температура припайки кристалла должна быть выше температур последующих операций. Кремний с кристалла частично растворяется в жидком припое и при охлаждении крепко соединяется с основанием. Припой обеспечивает наилучший теплоотвод от кристалла к корпусу. Однако припой очень жесткий и неэластичный. Термомеханические напряжения в структуре, вызванные разностью коэффициентов температурного расширения кристалла и основания корпуса, могут порождать дефекты в кремнии вплоть до раскола кристалла. Кристаллы относительно больших размеров (более 3 мм) обычно соединяют с основанием корпуса эпоксидным клеем с мелкодисперсным наполнителем. Наполнитель повышает теплопроводность клея и улучшает его механические свойства. В качестве наполнителя обычно используют серебро или окись кремния. Эластичный клей сохраняет единство конструкции микросхемы даже при больших термомеханических смещениях кристалла и основания. Теплопроводность клея в 10¸20 раз меньше, а модуль упругости в 30 раз меньше, чем у припоя. Температура полимеризации клея лежит в диапазоне 125¸175°С. Однако клеевое соединение выдерживает и более высокие температуры при последующих технологических операциях.
Наиболее распространенный способ соединения контактных площадок кристалла с выводами корпуса – это сварка проволокой. Широко распространенная ранее сварка золотой проволокой постепенно заменяется алюминиевой. Причина этого – самопроизвольный синтез интерметаллических соединений в контакте золота с алюминием и их кристаллизация. Поликристаллическая прослойка в контакте нарушает его механическую прочность, увеличивает сопротивление и снижает надежность. Основной метод сварки алюминиевой проволокой – ультразвуковой. Вибрация инструмента передается материалам проволоки и контактной площадки. Окислы разрушаются, а материал проволоки под действием нагрузки течет. Свежие поверхности площадки и проволоки прочно свариваются.
Второй способ соединения площадок кристалла и выводов корпуса – это использование фольгированного полиимидного носителя. Для каждой микросхемы необходимо изготовить специальный полиимидный носитель. Соединительные проводники вытравливаются в металлической фольге на полиимидной пленке. Сама пленка вытравливается в местах сварки. Носитель автоматически совмещается с кристаллом и корпусом так, что оголенные концы проводников совпадают со сварочными площадками на кристалле и в корпусе. Ультразвуковой инструмент по очереди обрабатывает сварочные соединения. При использовании носителя повышается производительность процесса, что очень важно для микросхем с большим числом выводов (более 100).
Третий способ соединения площадок на кристалле и выводов корпуса вообще не предполагает крепления кристалла на основание. Это способ перевернутого кристалла. Для этого на контактных площадках кристалла формируются шарики припоя. Процесс начинается с последовательного напыления хрома, меди и золота на все контактные площадки на пластине. Напыление ведется через металлическую маску. Слой припоя (свинец-олово) можно напылять через маску и осаждать гальванически. Отжиг структуры проводится в вакуумной камере, где пленка припоя благодаря силам поверхностного натяжения собирается в выпуклую каплю. Для монтажа в корпус необходимо, чтобы металлизированные площадки на основании совпадали с площадками на кристалле. Монтаж кристаллов ведется при температуре плавления припоя. Это самый высокопроизводительный способ сборки микросхем. Однако у него есть и недостатки. Экономически он оправдан только тогда, когда выпуск изделий ведется миллионами штук в месяц. Для каждого типа изделия требуется своя модификация корпуса с индивидуальным размещением внутренних площадок. Теплоотвод от кристалла к основанию корпуса возможен только через капли припоя, что явно недостаточно. Поэтому теплорастекатель монтируется дополнительно. Теплорастекатель может крепиться к основанию корпуса или быть внешним по отношению к микросхеме. В этом случае кристалл изолируется от воздействия внешней среды заливкой по периметру органическим герметиком. Теплорастекатель механически крепится к основанию и прижимается к обратной стороне кристалла через теплопроводную пасту, содержащую серебро. Этот способ распространен при сборке микропроцессоров с большим числом выводов.
Загрузка...
