Недостатки технологии поверхностного монтажа электронных блоков: как от них избавиться раз и навсегда

НПП «Радуга» является производителем технологического оборудования для поверхностного монтажа. Наши специалисты работают в данной области уже более пятнадцати лет. За эти годы нашим оборудованием были оснащены сотни, а возможно, уже и тысячи предприятий радиоэлектронной отрасли. Поэтому недостатки технологии поверхностного монтажа известны нам очень хорошо.

Приведем главные недостатки технологии SMT:

1. Технология поверхностного монтажа в отличие от предыдущей, «выводной» технологии не предполагает компенсацию расширения печатных плат (ПП) при их нагреве за счет выводов элементов. Поэтому поверхностный монтаж безвыводных элементов на стеклотекстолитовые печатные платы приводит к снижению сроков службы элементов аппаратуры, испытывающей различные температурные воздействия.
2. Микросхемы в корпусах содержат выводную рамку, которая при определенных частотах работы аналоговых и цифро-аналоговых схем генерирует паразитные электромагнитные помехи индуктивной и конденсаторной природы. С другой стороны, выводные рамки и ореол густой трассировки вокруг микросхем являются прекрасными антеннами, «принимающими» внешние электромагнитные воздействия.
3. Подавляющее число отказов микросхем связано с разрушением сварного контакта между внутренним концом вывода и контактной площадкой на кристалле ИС внутри корпуса.

Это лишь основные недостатки современной технологии монтажа электронных блоков. Среди прочих — вредность процессов травления проводников на ПП и изготовления корпусов ИС, большие габариты РЭА, высокая стоимость РЭА и ее низкое быстродействие.

Очень существенно то, что применение BGA-компонентов, считающихся вершиной элементной базы для современного поверхностного монтажа, не устраняет, а напротив, усугубляет все вышеперечисленные недостатки работы современной РЭА:

1. Масса внешних контактов при практическом отсутствии выводов увеличивает вероятность нарушения контактов в результате рассогласования материалов по параметрам линейного расширения при любых температурных воздействиях на ИС, в том числе при включении-выключении электронной схемы — под воздействием нагрева корпуса ИС от тепловой мощности, выделяемой некоторыми кристаллами.
2. Увеличивается вероятность отказа ИС просто из-за увеличения числа контактов, в том числе внутренних.
3. Высокая плотность выводной рамки, увеличение числа контактов, наличие огромного ореола коммутационных связей вокруг микросхемы порождают обилие паразитных явлений в аналоговых электронных блоках.

Надо четко и определенно сказать, что применение ВGA-корпусов отрицательно влияет на уровень надежности электронных блоков.

Надо также определенно сказать и о том, что корпуса ИС вообще ухудшают характеристики многих ИС, кристаллы которых, будучи надежно подсоединены к схеме электронного блока тонкими проводниками самой схемы без посредства выводов, могут показать свои лучшие свойства. Такое непосредственное присоединение проводника электронного блока к контактным площадкам ИС возможно при технологии «внутреннего монтажа» ИС. Только эта технология позволяет создавать блоки, полностью лишенные паразитных явлений. Такие блоки иногда еще называют «молчащими». Эти блоки отличаются высоким уровнем надежности, увеличением быстродействия — примерно в 5–6 раз в сравнении с электронными блоками, выполненными по традиционным технологиям «штырькового» и поверхностного монтажа.

Основные операции внутреннего монтажа таковы:

1. В подложке из алюминия или керамики формируют отверстия с размерами, близкими к размерам кристаллов ИС.
2. В отверстия подложки закладывают кристаллы ИС, лицевые стороны которых планаризируются с поверхностью подложки.
3. На лицевые стороны кристаллов и поверхность подложки наносят диэлектрический слой, например, наклеивают полиимидную пленку.
4. Через технологическую металлическую маску с отверстиями, накладываемую на образец, вскрывают методом ионно-химического травления «окна» в слое диэлектрической пленки и тем самым «открывают» контактные площадки ИС.
5. Сменив технологическую маску с отверстиями на маску, имеющую прорези для формирования токоведущих дорожек, на установках напыления металлов напыляют проводники. Ширина проводников — 50, 70, 100 мкм.
6. Аналогичным способом формируются второй, третий уровни разводки и так далее. На верхнем слое формируются контактные площадки для пассивных и прочих элементов.
7. Пассивные и прочие элементы схемы припаиваются к контактным площадкам традиционным методом поверхностного монтажа.

В случае, когда требуется обеспечить дополнительный теплоотвод от мощных элементов электронного блока или увеличить помехозащищенность блока, применяют дополнительную подложку, используемую в качестве радиатора и поля питания.

Технология внутреннего монтажа способна спасти от указанных выше недостатков SMT все удачные схемотехнические и программные наработки, сделанные конструкторами. Схемы, разработанные на «отсталой» элементной базе, будучи исполненными по технологии внутреннего монтажа, вновь приобретают конкурентоспособность.

По нашему глубокому убеждению, всю отечественную радиоэлектронную аппаратуру надо производить по технологии внутреннего монтажа.

Для трансформации электронных блоков, реализованных по традиционным технологиям, в мини-блоки, изготовляемые по технологии внутреннего монтажа, а также для внедрения технологии внутреннего монтажа в НПП «Радуга» в настоящее время создано специальное подразделение. Специалисты НПП «Радуга» готовы оказывать всяческое содействие всем разработчикам и производителям РЭА в деле внедрения данной технологии.

Очередная статья рубрики «Есть мнение» посвящена очень актуальной теме. При повсеместном внедрении технологии SMT-монтажа на отечественных предприятиях, при безусловных плюсах, экономической обоснованности и рентабельности данной технологии, автор статьи, директор НПП «Радуга» Е. С. Назаров, пишет о ее недостатках и предлагает в качестве альтернативного решения — технологию «внутреннего монтажа» ИС. Данная технология не нова и публикации о «внутреннем монтаже» были на страницах других изданий. Читатели, которых заинтересует информация по данному поводу, могут обращаться непосредственно к автору статьи.

А если у вас появится желание поделиться своим опытом, рассказать о технологиях, применяемых на вашем производстве, о мировых достижениях в области монтажа электронных компонентов или оппонировать автору публично, пишите нам в редакцию (kit@dian.ru).