Montaż w elektronice

Transkrypt

1 Montaż w elektronice Prof. dr hab. inż.. Kazimierz FRIEDEL Plan wykładu Wprowadzenie Elementy elektroniczne w obudowach SO, CC i QFP Elementy elektroniczne w obudowach BGA i CSP Montaż drutowy i flip-chip struktur nie obudowanych Tworzywa sztuczne i lepkospręż ężystość Elementy elektroniczne bierne i optoelektroniczne Płytki obwodów w drukowanych Podłoża a o dużej gęstog stości połą łączeń Techniki lutowania Podstawy lutowania, luty i topniki Pasty lutownicze Lutowanie bezołowiowe owiowe Mycie po lutowaniu, lutowanie no-clean Wady lutowania, ocena jakości lutowania, zasady projektowania POD Mechanizm klejenia, kleje Techniki nakładania adania klejów Techniki montażu u powierzchniowego Podsumowanie 1

2 Plan wykładu Wprowadzenie Elementy elektroniczne w obudowach SO, CC i QFP Elementy elektroniczne w obudowach BGA i CSP Montaż drutowy i flip-chip struktur nie obudowanych Tworzywa sztuczne i lepkospręż ężystość Elementy elektroniczne bierne i optoelektroniczne Płytki obwodów w drukowanych Podłoża a o dużej gęstog stości połą łączeń Techniki lutowania Podstawy lutowania, luty i topniki Pasty lutownicze Lutowanie bezołowiowe owiowe Mycie po lutowaniu, lutowanie no-clean Wady lutowania, ocena jakości lutowania, zasady projektowania POD Mechanizm klejenia, kleje Techniki nakładania adania klejów Techniki montażu u powierzchniowego Podsumowanie W roku 2005: Produkt globalny Przemysł elektroniczny Półprzewodniki Montaż Materiały Udział [mld USD]

3 Wartość produkcji elektronicznej w podziale na ważniejsze segmenty gospodarki Udział w % Przemysł samochodowy Przetwarzanie informacji Elektronika przemysłowa Elektronika powszechnego użytku Telekomunikacja 10 0 Świat Ameryka Europa Japonia Azja/Pacyfik Porównanie technik upakowania 3

4 Porównanie technik upakowania klasyczny montaż przewlekany (THT) lub powierzchniowy (SMT) montaż struktur nie obudowanych (DCA) na podłożach o dużej gęstog stości połą łączeń (HDI) Obudowa elementu elektronicznego Funkcje umożliwia mechaniczne i elektryczne połączenie struktury półprzewodnikowej z resztą obwodu elektronicznego, umożliwia skuteczne rozproszenie ciepła, chroni przed narażeniami klimatycznymi i mechanicznymi. Architektura wyprowadzeń (obwodowa i powierzchniowa) 4

5 Architektura wyprowadzeń elementów w elektronicznych Życiorys produktu 5

6 Prawo Moor a (1965) Liczba elementarnych obwodów struktury półprzewodnikowej podwaja się co miesięcy. Trwają poszukiwania nowych materiałów i technologii, które zastąpią krzem. W skład aparatury elektronicznej (PC, odtwarzacz DVD, telefon komórkowy, system sterowania poduszką powietrzną, itp.) wchodzą następujące podzespoły: Struktura aparatury elektronicznej mikroelektroniczne radiowe i mikrofalowe optoelektroniczne mikro-elektro-mechaniczne (MEMS) Podzespoły te, zabezpieczone przed narażeniami mechanicznymi i klimatycznymi, są rozmieszczone i wzajemnie połączone na/w podłożach (upakowane), tworząc funkcjonującą aparaturę elektroniczną. Upakowanie obejmuje również procedury montażowe. 6

7 Podzespoły mikroelektroniczne Najważniejszy składnik aparatury elektronicznej. Tranzystor jest najmniejszą, niepodzielną częścią wszystkich nowoczesnych obwodów elektronicznych. Historia: - odkrycie tranzystora (1949), - tranzystor planarny (1959), -układ scalony (1959). Podzespoły radiowe i mikrofalowe Transmisja bezprzewodowa Marconi (1901). Technika elektroniczna zmierza w kierunku aparatury przenośnej i bezprzewodowej. Zaletą łączności radiowej jest odcięcie kabli i umożliwienie komunikowania się z dowolnych miejsc w dowolnym czasie. Ma to sens tylko wówczas, gdy aparatura przenośna jest mała i lekka. Transmisja bezprzewodowa nie ogranicza się jedynie do komunikacji ale obejmuje także systemy ostrzegania (radary), alarmy, prognozowanie pogody, określanie położenia (Global Positioning Systems) 7

8 Podzespoły optoelektroniczne W 1970r opracowano wysoce przeźroczyste włókna szklane (Corning Glass Works) oraz lasery półprzewodnikowe pracujące w temperaturze pokojowej (Bell Laboratories). Tę datę uznaje się za początek łączności światłowodowej. Możliwa stała się transmisja sygnałów z szybkością gigabitów na sekundę (Internet). Dzisiejsze lasery mogą emitować 10 petafotonów/s, a detektory mogą wykrywać 1 petabit/s w pojedyńczym światłowodzie. Sieci światłowodowe są stosowane nie tylko w sieciach WAN ale też w sieciach LAN. MEMS - MOEMS MEMS są kolejnym krokiem w rewolucji półprzewodnikowej. Umożliwiają zrealizowanie mikroskopijnych żyroskopów, silników, pomp z systemami zaworów, analizatorów składu płynów czy gazów, stolików X-Y, itp. Ceny tych urządzeń mogą być groszowe! 8

9 Upakowanie Technika upakowania aparatury elektronicznej obejmuje wiedzę dotyczącą: - obudowywania struktur półprzewodnikowych i optoelektronicznych, -podłoży umożliwiających rozmieszczenie elementów i zapewniających połączenia elektryczne i optyczne, -montaż systemów. ѻ ѻ ѻ ѻ ѻ ѻ Struktura aparatury elektronicznej Hierarchiczne poziomy strukturalne aparatury elektronicznej (definicje) Struktura (chip) nie obudowany i niepodzielny przyrząd czynny lub bierny, zaopatrzony we wszystkie niezbędne połączenia wewnętrzne. Element struktura w obudowie (moduł jednostrukturowy). Moduł wielostrukturowy co najmniej dwie struktury półprzewodnikowe w jednej obudowie, wraz z wszystkimi połączeniami wewnętrznymi i wyprowadzeniami umożliwiającymi połączenie z obwodem drukowanym. Karta podłoże wraz z elementami i modułami oraz wszystkimi niezbędnymi połączeniami (płytka obwodu drukowanego). Płyta główna podzespół umożliwiający realizację połączeń między kartami. Okablowanie podzespoły umożliwiające realizację połączeń wewnątrzaparaturowych. ѻ Konstrukcje nośne 9

10 Struktura aparatury elektronicznej System modułowy owy (ang. Card-on on-board) Poziomy montażu 10

11 Poziomy montażu Moduły wielostrukturowe. Podłoża ceramika wielowarstwowa. Moduł TCM ang. Thermal Conduction Module Poziomy montażu 11

12 Rozpraszanie ciepła Rozpraszanie ciepła 12