Сборка ИМС
Сборка – самая трудоемкая в технологии ИМС. Ее можно разделить на 4 этапа: 1. Ориентированное разделение пластин и подложек со сформированными элементами на кристаллы и платы 2. Монтаж на плату кристаллов ИМС или компонентов (ГИС) 3. Монтаж кристаллов или плат на основание корпусов, посадочные площадки выводных рамок и т. д. и присоединение выводов 4. Защита ИМС Для монтажа кристаллов используют два метода: Прямого монтажа и перевернутого кристалла. Присоединение выводов осуществляют также двумя способами: гибкий (проволочный) и жесткий (беспроволочный) 1. Разделение пластин п/п ИМС и подложек ГИС. Методы: Скайбирование алмазным резцом и ломка, сквозная резка алмазными дисками, резка лазерным лучом (лазерное скайбирование). Особенность этих процессов: точность ориентации линий реза между площадками занятыми единичными структурами, обеспечение целостности элементов и металлизации ИМС за счет сведения к минимуму механических напряжений за линией реза; сохранение ориентации разделенных кристаллов и плат, воспроизводимость точности размеров и форм, получение минимальной ширины линии реза. Скайбирование алмазным резцом осуществляют в 2 стадии: · Резцом с алмазной рабочей частью наносят риски (царапины). Пластину (подложку) помещают в вакуумный прижим, ориентируют в горизонтальной плоскости и перемещают резец под соответствующим давлением, нанося риски в двух перпендикулярных направлениях. Вдоль риски в толще материала появляются механические напряжения и возникают деформации и микротрещины. · Ломка – разламывание по ослабленным рисками местам – производится либо в ручную с помощью резиновых валиков (подпружиненных роликов), либо машинным способом с помощью полусферы, который более качествен. Для сохранения взаимного расположения кристаллов (плат) после разделения на них с обратной стороны предварительно наносят эластичную адгезивную пленку. Сначала разделение идет на полосы, а после поворота на 90º на кристаллы или платы. При резке лазерным лучом отсутствует механическое воздействие на обрабатываемый материал. Проводят либо лазерное скайбирование, либо сквозной проход по всей толщине. При этом существенно повышается производительность труда, качество резки, кристаллы имеют почти вертикальные боковые поверхности, оплавление на краях кристалла благоприятно сказывается на его качестве. Для разделения п/п пластин на кристаллы применяют также химическое травление кремния после предварительного маскирования. 2. Монтаж кристаллов и плат. Метод прямого монтажа. Кристаллы ИМС на основания корпусов, посадочные площадки выводных рамок (лент), плат ГИС и компоненты монтируют рабочей поверхностью вверх. Монтаж должен обеспечивать высокую механическую прочность соединения, хороший теплоотвод от кристалла (платы, компонента). Если необходимо высокую проводимость места соединения, то монтаж проводят пайкой твердым припоем или легкоплавким стеклом в зависимости от типа корпуса и необходимости электрического контакта кристалла с корпусом. При монтаже в металлический корпус используют твердый припой (эвтектический сплав золото – германий (tºпл =356° С) или золото – кремний Метод перевернутого кристалла. Осуществляют монтаж кристаллов с жесткими выводами на платы ГИС и МБС. При этом кристалл опускают на плату рабочей поверхностью вниз, затем прикладывают давление и нагревают для образования соединения. Здесь совмещаются процессы крепления кристалла и присоединения выводов к нему, но хуже теплоотвод. При этом необходимо обеспечить сведение к минимуму разновысотности выступающих над кристаллом или платой выводов и их совмещение с контактными площадками. Совмещение кристаллов с балочными (ленточными) выводами осуществлять проще, чем с шариковыми или столбиковыми выводами. К преимуществам относят: В процессе сборки ГИС, п/п ИМС и МСБ выполняют большое количество электрических соединений. Так при сборке п/п ИМС соединяют контактные площадки кристалла с выводами корпуса, а при сборке ГИС и МСБ выводов кристаллов и компонентов с внутренними контактными площадками платы и периферийных контактных площадках платы с выводами корпуса. Для проволочного монтажа применяют проволоки различного диаметра из золота (25 – 80 мкм), меди (50 – 100 мкм), луженой меди (100 – 150 мкм), алюминия (5 – 100 мкм). Беспроволочный монтаж выполняется присоединением кристаллов с жесткими выводами и компонентов с объемными выводами, сборкой на рамке, ленте или гибком носителе. Для монтажа применяют пайку, термокомпрессионную или ультразвуковую сварку, сварку косвенным импульсным нагревом, расщепленным (двойным) электродом. Пайку применяют при проволочном монтаже ГИС и МСБ, при монтаже кристаллов со столбиковыми и шариковыми выводами. Применяют припой ПОС – 61 или ПОССр – 2 с добавками порошка того материала, из которого образована контактная площадка. Для пайки проводов из Al и Cu используют припои П150А, П170А, П200А. Пайку золотых выводов кристалла к Al контактам площадок осуществляют с добавкой в припой мелкодисперсного золота. Пайку производят либо без флюса, либо с пассивными флюсами при tº; 220 – 260 ºС, применяя специальные микропаяльники. Пайка обладает низкой надежностью и имеет большие размеры зоны соединения, мала производительность. Термокомпрессионная сварка применяется для соединения золотой проволоки между Al контактными площадками кристалла и выводами корпуса. Возможно соединять и Al проволоку. В зависимости от конструкции рабочего инструмента, способа нагрева зоны соединения и подачи проволоки существует: 1. Термокомпрессия клином для соединения золотых и Al проволок. При этом нагревают до 300 °С кристалл, а клин до 150°С. 2. Термокомпрессия шариком для золотых проволок, пропускаемых через капилляр. При оплавлении конца проволоки образуется шарик, что увеличивает площадь соединения при использовании проволоки малого диаметра. Нагревают только кристалл (300°С). 3. Термокомпрессия пережимом наиболее распространена и используется для соединения Al и Au проволоки при сборке п/п ИМС в корпусах любого типа. Нагревают кристалл (300°С). Осуществляют в ручную на специальных полуавтоматических (ЭМ – 439) и автоматических (ЭМ – 490) установках. Ультразвуковая сварка использует более низкие tº (до 200ºС) и высокая надежность (ЭМ – 424А, УЗП – О2, НПВ - 2), различные материалы. Сварка косвенным импульсным нагревом. Нагревается инструмент током постоянно или в момент сварки; на установках «Контакт – 3А», СКИН – 1, ЭМ – 408А и с полуавтоматическим управлением ЭМ – 425А, ЭМ – 441. Сварка расщепленным (сдвоенным) электродом – за счет импульса тока между двумя электродами, концы которых прижимают свариваемые участки. Обеспечивает высокое качество, малую зону нагрева, кратковременность теплового воздействия, высокую производительность. Область применения методов микроконтактирования зависит от формы и материала выводов кристаллов и материала контактных площадок. Защита ИМС от механических и климатических воздействий – герметизация. В зависимости от конструктивно – технологического исполнения, назначения ИМС и их стоимости используют корпусную и бескорпусную защиту. При корпусной герметизации чаще используется пайка и сварка (точечная и шовная) (вакуум – плотная герметизация). Но более эффективна лазерная шовная сварка для герметизации металлических и электронно лучевая эля металлостеклянных корпусов. Герметизацию пайкой осуществляют с помощью припойной прокладки, которая размещается между основанием и крышкой корпуса и при нагреве расплавляется. Для пластмассовых корпусов широко применяют литьевое прессование (трансферная прессовка). Бескорпусная герметизация может быть выполнена заливкой платы с компонентами (ГИС и МСБ), предварительно армированной выводами, эластичными компаундами типов КТ – 102, «Виксинт» и нанесения на кристаллы п/п ИМС влагозащитных слоев и эмали.
Регулировка и испытания приборов Регулировкой называютсовокупность технологических операций, в результате которых параметры изделия приводят в соответствие с техническими требованиями ГОСТов, нормалей, ТУ, инструкций и чертежей. Необходимость регулировки вызвана погрешностями изготовления деталей, разбросом физических параметров, а также неточностью взаимного расположения деталей и узлов приборов. Физико – механические и электрические параметры комплектующих элементов меняются также со временем, температурой и под действием взаимного влияния. Регулировочные работы включают настройку отдельных блоков и узлов. Характер и объем настроечно – регулировочных работ определяются их назначением, конструкцией устройства, типом производства, объемом выпуска и оснащенностью ТП. Различают эксплуатационную и заводскую регулировку. При регулировке добиваются наилучших показателей качества изделия с помощью регулировочных органов. При опытном производстве процесс регулировки может сопровождаться частичным изменением схемы и конструкции образца. В серийном производстве процесс регулировки разбивают на ряд простых операций. Кроме того, выполняют предварительную регулировку отдельных сборочных единиц. Это позволяет сократить трудоемкость работ, оснастить процесс регулировки специальными приборами. При регулировке иногда допускается методом подбора устанавливать заранее предусмотренные схемой резисторы, конденсаторы и др. элементы. Подбор электронных, полупроводниковых приборов и механических деталей и узлов с целью получения оптимальных параметров в серийном производстве не допускается. В массовом производстве регулировочные работы разбивают на мелкие операции, предусматривающие получение одного или нескольких связанных друг с другом параметров с применением минимального количества приборов и инструментов. Процесс регулировки проводят на специальных установках. При регулировке электронных блоков используют в основном 2 метода: 1. Регулировка по измерительным приборам 2. Регулировка сравнением настраиваемого прибора с образцовым или эталонным (метод электрического копирования), который используется в серийном производстве, т. к. позволяет уменьшить допуски на выпускаемые изделия при более простой измерительной аппаратуре. Введение регулировочных работ способствует выявлению и исправлению дефектов и доведению параметров приборов до нужного качества при минимальном возрастании себестоимости продукции. Разработка ТП регулировки включает этапы: 1. Составление перечня сборочных единиц подлежащих регулировке 2. Разработка технологии регулирования 3. Составление перечня операций регулировки 4. Определение состава измерительной аппаратуры для каждого рабочего места регулировщика 5. Проектирование рабочих мест 6. Определение трудоемкости каждой операции и расчет необходимого числа рабочих мест для обеспечения программы выпуска 7. Разработка технологической документации, определяющей последовательность, методику и технологические требования к выполнению каждой операции ТП. Исходной информацией для разработки ТП регулировки являются: 1. Техническое описание (ГОСТ 2.601-68) устройства изделия и принципа его действия 2. Технические условия (ГОСТ 2.114-70) на изготовление, контроль, приемку и поставку 3. Структурная, функциональная, монтажная и принципиальная электрическая схема (ГОСТ 2.701-76…2.704-76) 4. Схема подключения 5. Программа и методика регулировки На основании этого разрабатывается инструкция по регулировке, маршрутные и операционные технологические карты регулировочных работ (ГОСТ 3.1105-74- Правила оформления документов общего назначения). Инструкция по регулировке составляется в соответствии с ОСТ 4. ГО 000.040 и содержит: а) Краткие сведения об изделии: назначение, состав, описание принципа действия и работы изделия б) Перечень параметров, по которым производится регулировка с указанием номинальных и допустимых значений в) Указание мер безопасности г) Перечень необходимой при настройке технической документации, контрольно – измерительной аппаратуры (стандартной и специальной), источников питания, специального инструмента и оборудования д) Требования к рабочему месту с приложением структурной схемы подключения изделия к контрольно – измерительным приборам и стендам е) Указания по подготовке к работе ж) Описание методов регулировки и проверки с указанием последовательности проведения операций настройки, положения органов регулировки и методики измерения параметров, рекомендации по обнаружению и устранению неисправностей во время регулировки в виде карт и протоколов. В приложении к инструкции даются карты режимов, таблицы, чертежи, схемы. При разработке маршрутной карты регулировочных работ предварительно составляют структурную схему ТП регулировки и контроля. Последовательность операций ТП указывается без указания методов и приемов их выполнения, которые раскрываются в операционной карте (ОСТ 4.ГО.040.014.). Контрольно – измерительная аппаратура и приборы контроля выбираются в 3 и более раз точнее, чем контролируемый параметр изделия. В условиях серийного и массового производства расположение рабочих мест соответствует последовательности операций ТП. В опытном и мелкосерийном производстве создают отдельные участки. Регулировочные работы включают в себя следующие операции: 1. Подключение источников питания 2. Подключение измерительных приборов 3. Регулировка путем изменения параметров подстроечных элементов 4. Отсчет показаний измерительных приборов 5. Наблюдение результатов регулировки по индикаторам Для снижения трудоемкости настроечно – регулировочных работ совершенствуют ТП благодаря правильной группировке операций и рациональной организации труда, внедрению средств малой механизации, созданию средств автоматизированного контроля, регулировки, специализации настроечно – регулировочных мест и участков, созданию новых методов и средств настройки и регулировки. При регулировке сложных систем создают контрольно – диагностические системы, позволяющие с помощью тестов, подаваемых на вход изделия, выполнять анализ и коррекцию выходных сигналов. При наличии дефектов система выдает диагностическую информацию.
Рисунок 32
Лекция 21
|
