Общие сведения о компонентах монтируемых на поверхность

Состояние и тенденции развития элементной базы для поверхностного монтажа

Общие сведения о компонентах монтируемых на поверхность

В настоящее время разработана обширная номенклатура компонентов для ТМП, включающая резисторы, конденсаторы (в том числе переменные), катушки индуктивности, микротрансформаторы, реле, кварцевые резонаторы, диоды, транзисторы, микросхемы, микропереключатели и др. Данные компоненты имеют несколько разновидностей корпусов: безвыводные с облуженными торцами, с укороченными выводами типа крыла чайки или J-образными, цилиндрические корпуса с металлизированными торцами. Рассмотрим эти корпуса подробнее.

 

Чип-корпус - безвыводный корпус прямоугольной формы для про­стых пассивных компонентов типа резисторов, перемычек и конденса­торов (рисунок 2.1) [5].

Рисунок 2.1 - Корпуса простых чип-компонентов

Чип-резисторы и чип-конденсаторы изготавливаются по групповой технологии на подложках большого размера (обычно 60x48 мм), затем после скрайбирования подложка разламывается на отдельные части (английское слово chip означает осколок). После разламывания на тор­цы чип-компонента наносится многослойная металлизация (толстопле­ночный проводник - барьерный слой никеля - слой припоя) с трех или пяти сторон для каждого торца (последний вариант применяется для высоконадежных компонентов). При изготовлении чип-резисторов обычно применяется толстоплёночная технология. Типовая конструк­ция толстопленочного чип-резистора приведена на рисунке 2.2. Рези­стор состоит из керамического основания (подложка из А1₂О₃), резистивного слоя (окись рутения), внутреннего контактного слоя (палла­дий-серебро), промежуточного барьерного слоя из никеля, внешнего контактного слоя (сплав олово-свинец). Тело резистора защищается по­крытием из боросиликатного стекла с нанесением несмываемой кодо­вой маркировки номинала.

Рисунок 2.2 - Конструкция толстопленочного чип-резистора

 

Типоразмер чип-корпуса	Размеры в плане (BxL), мм
	0,25x0,25 0,5x0,25 1x0,5 1,6x0,8 3,2x1,6 3,2x2,6 6x3 5,7x6,3

 

Рисунок 2.3 - Обозначение основных размеров чип-компонента

 

 

Корпус типа MELF (Metal Electrode Face Bonded) - цилиндрический корпус с вмонтированными электродами в виде металлизированных торцов (рисунок 2.5). Предназначен для диодов, резисторов, конденса­торов, катушек индуктивности. Диаметр корпуса находится в пределах от 1,25 мм до 2,2 мм, длина - от 2 до 5,9 мм.

Малогабаритный диодный корпус SOD (Small Outline Diode) - пла­стмассовый корпус с двумя выводами типа «крыло чайки» (рисунок 2.6). Предназначен для диодов, светодиодов, варикапов. Наиболее рас­пространенным является корпус SOD-80, отечественным аналогом ко­торого является корпус КД-34 по ГОСТ 18472-88.

 

 

 

Рисунок 2.5 - Корпус типа MELF Рисунок 2.6 - Корпус типа SOD

 

Малогабаритный транзисторный корпус SOT (Small Outline Transis­tor) имеет от 3 до 6 выводов (рисунок 2.7).

 

Рисунок 2.7 - Корпуса типа SOT

Корпус имеет пластмассовую оболочку и укороченные выводы типа «крыла чайки». Помимо транзисторов, в него могут монтироваться дио­ды, варикапы, усилители. Является первым корпусом для поверхност­ного монтажа, программа разработки которого была реализована фир­мой Siemens более 25 лет назад. Наиболее распространённый корпус SOT-23 имеет размеры 2,9x1,3x1,1 мм.

Дальнейшим развитием корпусов данного типа являются корпуса SOT-89, SOT-143, S-mini, SS-mini. Последующие разработки характери­зуются уменьшением расстояния между выводами до величины 0,65 -0,5 мм, что позволило уменьшить габариты корпуса до размеров 1,6x1,6x0,75 мм. Отечественные корпуса подобного типа представлены корпусами КТ-46 (SOT-23), KT-47 (SOT-89), KT-48 (SOT-143). Ос­новные геометрические размеры корпусов показаны на рисунке 2.8.

SOT-23 (КТ-46)   SOT-89 (KT-47)

SOT-143 (KT-48)

Рисунок 2.8 - Габаритные размеры корпусов типа SOT

Малогабаритные корпуса для микросхем могут быть объединены в несколько групп в зависимости от формы выводов (вывод в форме кры­ла чайки, J-образный), их расположением по двум или четырем сторо­нам корпуса, материала корпуса (пластмассовый или керамический):

-корпуса типа SOIC u SOP с двусторонним расположением выводов в форме крыла чайки (рисунок 2.9а, 2.9.6). Шаг расположения выводов у этого типа корпусов 1,27 мм, количество выводов - от 6 до 42. Дальнейшим развитием корпусов подобного типа явилось создание корпуса SSOIC с уменьшенным до 0,635 мм рас­стоянием между выводами при максимальном их количестве 64 (рису­нок 2.9в) и корпуса TSOP с уменьшенной до 1,27 мм высотой корпуса (рисунок 2.8г) и уменьшенным до 0,3 - 0,4 мм расстоянием между выводами;

 

Рисунок 2.9 - Разновидности корпусов микросхем с двусторонним расположением выводов в форме крыла чайки:

а-корпус типа SOIC; б-корпус типа SOP; в - корпус типа SSOIC; г - корпус типа TSOP

корпуса типа SOJ (Small Outline with «J» leads) с двусторонним рас­положением выводов J-образной формы, загнутых под корпус (рисунок 2.10). Шаг расположения выводов - 1,27 мм, общее их количество - от 14 до 28.

Рисунок 2.10 - Корпус микросхемы с J-образными выводами: а - общий вид корпуса; б - конструкция выводов

 

-корпуса типа QFP и SQFP, имеющие выводы в форме «крыла чайки», равномерно распределенные по четырем сторонам (рисунок 2.11 а). Существует также разновидность корпуса в форме прямоугольника - SQFP-R (рисунок 2.11 б). Шаг рас­положения выводов достаточно мал - всего 0,3 - 0,5 мм, что позволяет создавать корпуса с общим количеством выводов до 440;

Рисунок 2.11 - Разновидности корпусов микросхем с четырех­сторонним расположением выводов в форме крыла чайки: а - корпус типа QFP и SQFP; б-корпус типа SQFP-R

 

- корпуса типа PLCC (Plastic Leaded Chip Carrier) — квадратный пла­стмассовый кристаллоноситель с J-выводами (рисунок 2.12а) и типа PLCC-R (Plastic Leaded Chip Carrier Rectangular) - прямоугольный пла­стмассовый кристаллоноситель с J-выводами (рисунок 2.126). Корпуса подобного вида имеют значительный по современным меркам шаг рас­положения выводов - 1, 27 мм и в связи с этим большие геометрические размеры. Количество выводов квадратного корпуса - от 20 до 124, у прямоугольного - от 18 до 32;

Рисунок 2.12 - Корпус микросхемы с J-образными выводами и четырехсторонним расположением выводов:а-квадратный PLCC; б-прямоугольный PLCC-R

 

- корпуса типа LCCC (Leadless Ceramic Chip Carrier) - безвыводный керамический кристаллоноситель (рисунок 2.13). На боковых поверхно­стях такого корпуса имеются спе­циальные металлизированные углубле­ния, расположенные с шагом 1,27 мм, которые служат для образования элек­трического соединения с контактными площадками платы при пайке узла дозированным припоем.

 

 

Рисунок 2.13- Корпус типа LCCC

 

 

В настоящее время освоены следующие направления корпусирования и коммутации ИС:

1) использование технологии СОВ (Chip On Board) и Flip Chip (метод пе­ревернутого кристалла), при которой кристалл разваривается непосред­ственно на печатную плату

Рисунок 2.18 - Установка кристалла ИС на печатную плату по технологии СОВ:

1 — кристалл микросхемы, 2 — микропроволока, 3 — контактная площадка монтажной подложки, 4 — печатная плата

 

2) использование технологии TAB (Tape Automate Bond) – крепление кристалла на ленточном носителе (рисунок 2.19)

Рисунок 2.19 - Ленточный носитель кристалла микросхемы (технология TAB)

 

 

3) развитие корпусов типа BGA (Ball Grid Array) – матрице шариковых или столбиковых выводов на основании ИС

 

Рисунок 2.21 - Конструкция корпуса BGA

 

4) переход к многокристальным микромодулям МСМ (Multi Chip Module),
которые представляют собой объединение нескольких кристаллов на миниатюрной подложке (печатной плате) внутри одного корпуса (многокристальный микромодуль);

5) переход к корпусам с размером кристалла - CSP (Chip-scale Pack­ages), в которых, как и в корпусах типа BGA, контактирование с ПП осуществляется посредством шариковых выводов, расположенных в плоскости проекции кристалла.

 

В современной сверхминиатюрной аппаратуре, та­кой как портативные видеокамеры, аппараты сотовой связи и т.д., разработчики предпочитают использовать корпуса типа P-TSOP, P-TQFP, SOD-323 и SOT-323, имеющие существенно меньшую толщину (в обозначении корпуса буква Т - Thin, т.е. тонкий). Одним из важнейших применений, стимулирующих переход к сверхтонким корпусам, являются схемы памяти. В микросхемах памяти DRAM используются корпуса типа P-TSOP II, имеющие толщину 1 мм.

Корпуса типа P-TSOP предъявляют повышенные требования к про­цессам монтажа в корпус - термокомпрессии, используемым пластмас­сам, которые должны иметь минимальную усадку. С переходом от ульт­раплоского корпуса P-TSOP к «бумажно»-тонкому корпусу толщиной всего 0,5 мм происходят изменения в технологии монтажа кристалла в корпус. Вместо разварки проволочных выводов и использования металлической рамки применяют технологию TAB, то есть процесс распайки выступов из припоя, расположенных на основании из фольгированного диэлектрика. Использование подобной технологии позволяет уменьшить шаг расположения выводов до значения 0,3 мм при увеличении общего количества выводов, что приводит к существенному уменьшению площа­ди, занимаемой микросхемой на плате.

 

Более прогрессивной считается установка кристалла на подложку по технологии flip chip (перевер­нутый кристалл). В этом случае электрический контакт между кристал­лом и подложкой осуществляется через матрицу шариковых (столбико­вых) выводов, а сам корпус контактирует с печатной платой также по­средством шариковых выводов как и в рассмотренном выше корпусе BGA. Данное решение позволяет уменьшить монтажную площадь при­мерно в два раза.

 

На сегодняшний день разработано четыре основных типа матричных корпусов:

PBGA - Plastic Ball Grid Array - пластмассовые корпуса с матрицей ша­риковых выводов;

CBGA - Ceramic Ball Grid Array - керамические корпуса с матрицей шариковых выводов;

CCGA - Ceramic Column Grid Array - керамические корпуса с матрицей столбиковых выводов; TBGA - Таре Bold Grid Array - матричные TAB корпуса

 

 

Корпуса BGA (по сравнению с QFP) обладают следующими преиму­ществами:

1) отсутствие выводов устраняет требования по компланарности и все связанные с этим дефекты;

2) значительно снижена вероятность появления перемычек, по­скольку контактные площадки расположены на значительном (не менее 1 мм) расстоянии;

3) в процессе оплавления силы поверхностного натяжения способ­ствуют точной центровке корпуса, в результате допуск на установку корпусов типа BGA может лежать в пределах ± 0,3 мм, что позволяет использовать типовые монтажные автоматы;

4) наличие большого количества контактных площадок непосредст­венно под корпусом улучшает условия отвода тепла за счет кондукции;

5) корпуса BGA имеют меньшую длину со­единений, т.е. меньшую индуктивность выводов.

 

Недостаток основной – сложность проведения операции контроля качества паяных соединений.