Montaż w elektronice i mikrosystemach opracowanie zagadnieo by.:spinx:. 2010

Transkrypt

1 1. POZIOMY I TECHNOLOGIE MONTAŻU; Jaki jest cel i zadania montażu elektronicznego Dziedzina wiedzy związana z czynnościami polegająca na połączeniu w jeden element, podzespół lub zespół elektroniczny wielu oddzielnych struktur, zespołów, modułów itp. Czynności te prowadzą do zbudowania funkcjonalnego urządzenia elektronicznego. Czynności te mają zapewnid połączenia mechaniczne, elektryczne i umożliwid wydajne odprowadzenie ciepła. 2. POZIOMY I TECHNOLOGIE MONTAŻU; Na czym polega technologia SOP (ang. System on Package) czyli upakowanie elementów na poziomie podłoża montażowego Jest to szereg czynności, które prowadzą do: umieszczenie elementów elektronicznych układów scalonych oraz przyrządów elektronicznych w obszarze podłoża montażowego. Technologia wykorzystywana np. w telefonach komórkowych. 3. POZIOMY I TECHNOLOGIE MONTAŻU; Jakie są podstawowe zalety i cechy upakowania na poziomie wspólnego podłoża DUŻA ELASTYCZNOŚD PROJEKTOWANIA, MOŻLIWOŚD STOSOWANIA TECHNOLOGII HETEROGENICZNYCH, ZAPEWNIENIE DUŻEGO UZYSKU, OBNIŻENIA KOSZTÓW WYKONANIA ORAZ SKRÓCENIA CZASU WPROWADZENIA PRODUKTU DO SPRZEDAŻY, DUŻA NIEZAWODNOŚD ( jednakowe CTE struktury i podłoża, MOŻLIWOŚD WYKONANIA W PODŁOŻU WBUDOWANYCH ELEMENTÓW CZYNNYCH I BIERNYCH, WYKONANIE POŁĄCZEO MIEDZY UKŁADAMI A PODŁOŻEM (mała podziałka wyprowadzeo 4. POZIOMY I TECHNOLOGIE MONTAŻU; Jakie podstawowe poziomy montażu wyróżnia się w konstruowaniu urządzeo elektronicznych 5. POZIOMY I TECHNOLOGIE MONTAŻU; Czego dotyczy pierwszy poziom montażu elektronicznego; jakie technologie montażu znajdują tu główne zastosowanie 6. POZIOMY I TECHNOLOGIE MONTAŻU; Czego dotyczy drugi poziom montażu elektronicznego; jakie technologie montażu znajdują tu główne zastosowanie 7. POZIOMY I TECHNOLOGIE MONTAŻU; Czego dotyczy trzeci poziom montażu elektronicznego; jakie technologie montażu znajdują tu główne zastosowanie zerowy poziom: występuje w fabryce; nie interesuje nas (może dotyczyd montażu elementów składowych mikrosystemów znajdujących się na powierzchni płytki półprzewodnikowej) 1

2 pierwszy poziom: wykonywanie połączeo elektrycznych, mechanicznych i cieplnych wewnątrz układów scalonych (mikroukładów, mikrosystemów) oraz obejmuje problemy związane z zamontowaniem struktury półprzewodnikowej w obudowie. Do łączenia pól kontaktowych struktury z koocówkami zewnętrznymi układu scalonego dokonuje się: TECHNIKĄ MONTAŻU DRUTOWEGO (wirebonding) TECHNOLOGIĄ flip chip - montaż struktur półprzewodnikowych wierzchnią stroną, (zaopatrzoną w pola kontaktowe) skierowaną do podłoża (strukturę flip chip nazywa się strukturą z wyprowadzeniami sferycznymi ) drugi poziom: montaż nieobudowanych i obudowanych układów scalonych, podzespołów biernych i mikrosystemów na płytkach obwodów drukowanych. Stosowane technologie montażu: Dla struktur nieobudowanych MONTAŻ DRUTOWY MIKROMONTAŻ AUTOMATYCZNY Z UDZIAŁEM TAŚMY TAB Tape Automated Bonding MONTAŻ flip chip LUTOWANIE montaż przewlekany THT Dla struktur obudowanych KLEJENIE montaż powierzchniowy SMT trzeci poziom: montaż pcb, gotowych mikrosystemów i innych podzespołów na poziomie bloku (kompletnego urządzenia elektronicznego). Na tym poziomie stosowany jest montaż mechaniczny płytek drukowanych i stosowane są połączenia rozłączne czwarty poziom: elektryczne połączenia i mechaniczne złożenie bloków w duży system elektroniczny. Podstawą jest montaż mechaniczny a sygnały elektryczne i zasilanie przesyłane jest wiązkami kablowymi. Przeważają połączenia rozłączne (np. złączki stosowane w zasilaczach komputerowych ATX 20 lub 24 pin, MOLEX etc.) 8. POZIOMY I TECHNOLOGIE MONTAŻU; Na czym polega mikromontaż automatyczny z udziałem taśmy TAB (ang. Tape Automated Bonding) Automatyczny montaż z wykorzystaniem metalizowanej taśmy. (I) Tworzy się metalowe kontakty podwyższone (bump) na wyprowadzeniach struktury, które łączy się z metalową koocówką taśmy poprzez zgrzewanie. (II) Kolejnym etapie zabezpiecza (encapsulation) się powierzchnię struktury wraz z przyłączami 9. POZIOMY I TECHNOLOGIE MONTAŻU; Na czym polega technologia montażu przewlekanego (ang. through hole technology, THT) Montaż przewlekany (ang. Through-Hole Technology, THT) sposób montowania podzespołów elektronicznych na płytce obwodu drukowanego (ang. Printed Circuit Board, PCB). Elementy elektroniczne przystosowane do montażu przewlekanego mają wyprowadzenia w postaci drutów, które w trakcie montażu przewlekane są przez otwory w płytkach i lutowane do ścieżek przewodzących po przeciwnej stronie płytki niż montowany element. Montaż przewlekany przeprowadzany jest ręcznie lub automatycznie. 2

3 10. POZIOMY I TECHNOLOGIE MONTAŻU; Na czym polega technologia montażu powierzchniowego (ang. surface mount technology, SMT) Montaż powierzchniowy (ang. Surface Mount Technology, SMT) sposób montowania podzespołów elektronicznych na płytce obwodu drukowanego. Montaż powierzchniowy zazwyczaj przeprowadzany jest automatycznie. Elementy elektroniczne przeznaczone do montażu powierzchniowego (ang. SMD, Surface Mounted Devices) charakteryzują się niewielkimi wymiarami, maja płaską obudowę i koocówki lutownicze w formie kołnierzy obejmujących kooce obudowy. Ze względu na niewielkie fizyczne rozmiary elementów koocówki lutownicze są duże w porównaniu do rozmiaru obudowy. 11. POZIOMY I TECHNOLOGIE MONTAŻU; Dlaczego, analizując nowoczesne technologie montażu często używa się określenia luka technologiczna Jest to związane z postępem w miniaturyzacji czyli głównym trendem rozwojowym elektroniki (wzrost skali integracji układów scalonych, liczby wejśd/wyjśd szybkości pracy, gęstości mocy). Niestety standardowe techniki montażu elektronicznego nie nadążają występuje luka technologiczna. Aby ją zlikwidowad wprowadza się nowe technologie takie jak: montaż przestrzenny montaż elementów elektr. na powierzchni i wewnątrz wielowarstwowych PCB, wielowarstwowe układy scalone hetero system (e-grain) trójwymiarowe funkcjonalne bloki gdzie na powierzchniach bocznych znajdują się elementy elektroniczne miniaturyzacja podziałki połączeo (m; nm) b. cienkie połączenia przy pomocy polimeru przewodzącego lub metalu (cylindryczne struktury) reaktywne wiązania połączenia elektryczne wykonywane bez dostarczania energii zewnętrznej (wykorzystanie związków reaktywnych, który przy reagowaniu ze sobą powodują powstanie reakcji egzotermicznej) 12. POZIOMY I TECHNOLOGIE MONTAŻU; Co należy rozumied poprzez określenie montaż przestrzenny Patrz pytanie MONTAŻ DRUTOWY; W jakich przypadkach (do czego) stosowany jest montaż drutowy w pierwszym poziomie montażu do łączenia struktur półprzewodnikowych do kontaktów obudowy w drugim poziomie montażu do montażu struktur nieobudowanych (COB) do kontaktów płytki PCB 3

4 14. MONTAŻ DRUTOWY; Jakie techniki stosowane są w montażu drutowym MONTAŻ DRUTOWY - połączenie dwóch powierzchni (punktów kontaktowych) drutem w technologii zgrzewania Technologie stosowane w montażu drutowym: ZGRZEWANIE TERMOKOMPRESYJNE (thermocompression bonding) ZGRZEWANIE ULTRADŹWIĘKOWE (ultrasonic bonding) ZGRZEWANIE TERMO-ULTRADŹWIĘKOWE (thermosonic bonding) 15. MONTAŻ DRUTOWY; Na czym polega zgrzewanie termokompresyjne (ang. thermocompression bonding) Zgrzewanie termokompresyjne polega na kontakcie dwóch metalicznych powierzchni (drut i metaliczna powierzchnia wyprowadzenia) poddanych działaniu ciepła i nacisku w kontrolowanym czasie. TEMP o C, CZAS UŁAMEK SEKUNDY CIŚNIENIE powoduje plastyczne płynięcie materiałów (wzrost rzeczywistej powierzchni styku) TEMPERATURA powoduje dyfuzyjne wnikanie materiałów jednego do drugiego 16. MONTAŻ DRUTOWY; Na czym polega zgrzewanie ultradźwiękowe Jest to sposób wykonywania połączeo wykorzystujący energię drgao ultradźwiękowych. Energia ta jest przenoszona na łączone ze sobą powierzchnie powodując ich poruszanie się i wzajemne tarcie. Powoduje to lokalny wzrost temperatury i zwiększenie amplitudy drgao sieci krystalicznych. Zwiększa się energia kinetyczna atomów powierzchniowych oraz dochodzi do wzajemnej dyfuzji atomów. Na granicy łączonych materiałów powstają wzajemne kryształy tworząc trwałe połączenie. Zwykle łączy się w ten sposób drut aluminiowy do podłoża Al. Lub Au. Zachodzi w niskiej temperaturze i przy udziale ultradźwięków (od 20 do 300 khz zwykle wykorzystywane 60 khz). Proces zgrzewania trwa zwykle 20 ms. 17. MONTAŻ DRUTOWY; Na czym polega zgrzewanie termo-ultradźwiękowe Podobne w swojej istocie do zgrzewania termokompresyjnego (pkt 15); różnica polega na tym, że dysza nie jest nagrzewana (lub nagrzewana do znacznie niższej temperatury) a podłoże może byd grzane do temp. 150ºC lub niżej. Dla wytworzenia ciepła, energia ultradźwiękowa jest dostarczana krótkim impulsem (dziesiątki milisekund) do głowicy w momencie kontaktu drutu z polem kontaktowym. Siła nacisku jest znacznie mniejsza, co możliwa łączenie mechanicznie nieodpornych struktur Stosunkowo niska temperatura nie powoduje degradacji kompozycji polimerowych (klejów) i ogranicza ryzyko defektów 18. MONTAŻ DRUTOWY; Jakiego rodzaju połączenia (kulkowe ang. ball bond, klinowe wedge bond) występują w efekcie zgrzewania termokompresyjngo EFEKT ZGRZEWANIA: pierwsza zgrzeina ma postad połączenia kulkowego a druga połączenia klinowego o kształcie półksiężyca (ball-wedge). 4

5 19. MONTAŻ DRUTOWY; Jakiego rodzaju połączenia (kulkowe ang. ball bond, klinowe wedge bond) występują w efekcie zgrzewania ultradźwiękowego EFEKT ZGRZEWANIA: powstanie dwóch jednakowych połączeo klinowych (wedge-wedge). 20. MONTAŻ DRUTOWY; Jakiego rodzaju połączenia (kulkowe ang. ball bond, klinowe wedge bond) występują w efekcie zgrzewania termo-ultradźwiękowego EFEKT ZGRZEWANIA: pierwsza zgrzeina ma postad połączenia kulkowego a druga połączenia klinowego o kształcie półksiężyca (ball-wedge). Tak samo jak przy zgrzewaniu termokompresyjnym. 21. MONTAŻ DRUTOWY; Jaki materiały stosuje się w technologii zgrzewania termokompresyjnego MATERIAŁY: DRUT Au / METALICZNA POWIERZCHNIA Au Au/Al LUB Al/Au Au DOMIESZKI PONIŻEJ 100 ppm(dla kontaktów podwyższonych + 1 % palladu) Al CZYSTE, Z DODATKIEM 1 % KRZEMU, Z DODATKIEM MAGNEZU (0,5 1 %), Z DODATKIEM MIEDZI 22. MONTAŻ DRUTOWY; Jaka są podstawowe różnice pomiędzy zgrzewaniem termokompresyjnym i ultradźwiękowym Przede wszystkim temperatura: termokompresyjne o C, ultradźwiękowe niskie temperatury Termokompresyjne: energia przekazywana termicznie + zastosowanie ciśnienia, Ultradźwiękowe: energia przekazywana przez drgania ultradźwiękowe, które grzeją +brak dodatkowego ciśnienia jest zamiast tego siła dociskająca Różnice w efekcie zgrzewania: termokompresyjne zgrzeina kulkowa i klinowa w kszt. półksiężyca, ultradźwiękowe dwie jednakowe zgrzeiny klinowe Ultradźwiękowe: głowica dociskująca drut w kształcie klina, termokompresyjne: głowica z kapilarą przez, którą przeciska się drut 23. MONTAŻ DRUTOWY; W której technologii pomocniczo stosuje się wyładowanie łukowe Wyładowanie łukowe stosuje się pomocniczo w zgrzewaniu termo kompresyjnym. W celu wytworzenia połączenia kulkowego. 5

6 24. MONTAŻ DRUTOWY; Która z technologii montażu drutowego pozwala na uzyskanie mniejszej podziałki montażu Połączenia kulkowe: podziałka większa od 100μm (min. 55μm w użytku niekomercyjnym) Połączenia klinowe: podziałka 40μm; drut Au o średnicy 20μm Ponieważ tylko w technologii ultradźwiękowej powstają dwa połączenia klinowe pozwala to na uzyskanie mniejszej podziałki. 25. MONTAŻ DRUTOWY; Na czym polega proces określany w języku angielskim jako moulding. Zabezpieczenia przed narażeniami - struktura wraz z systemem połączeo drutowych musi byd zabezpieczona przed działaniem narażeo mechanicznych i środowiskowych (molding). Po podgrzaniu kompozyt termoutwardzalny (wypełniony krzemionką 80-90%) staje się cieczą i w takim stanie jest aplikowany, aby następnie przejśd (w efekcie polimeryzacji) w stan wiskoelestyczny. W efekcie : lepsze odprowadzanie ciepła i ochrona struktury przed penetracją wilgoci. 26. MONTAŻ FLIP CHIP; Na których poziomach stosuje się montaż flip chip Montaż Flip chip stosuje się w pierwszym i drugim poziomie montażu. Technikę stosuje się do montażu struktury półprzewodnikowej wewnątrz obudowy, montażu struktur nieobudowanych na płytkach obwodów drukowanych (COB) oraz montażu elementów w obudowach na płytkach PCB. 27. MONTAŻ FLIP CHIP; co to oznacza Oznacza montaż struktur stroną zaopatrzoną w pola kontaktowe skierowaną do podłoża. połączenia z wykorzystaniem kontaktów podwyższonych strukturą flip chip nazywa się strukturę z wyprowadzeniami sferycznymi proces nazywa się montażem struktur czołowych 28. MONTAŻ FLIP CHIP; Jakie są zalety i wady montażu flip chip ZALETY: niewielka długośd ścieżki połączenia niska rezystancja i indukcyjnośd montaż do zastosowao w zakresie wysokiej częstotliwości, dzięki krótszym połączeniom większa szybkośd transmisji sygnałów elektrycznych możliwośd zmniejszenia wymiarów struktur przy dużej liczbie połączeo (do WADY: brak elastyczności połączenia (szczególnie w połączeniach lutowanych), co w przypadku niedopasowania CTE może prowadzid do znacznych naprężeo trudnośd inspekcji jakości ukrytych złączy koniecznośd prześwietlania promieniami x 6

7 400) wykonywanych w topografii wyprowadzeo area array zwiększenie skuteczności odprowadzenia ciepła przez przeciwną do kontaktów stronę niezabudowanej struktury zwiększenie odporności połączenia na udary i wibracje mechaniczne możliwośd jednoczesnego wykonywania setek złączy większa niezawodnośd większa podziałka niż w montażu drutowym słaba kompatybilnośd procesu z klasycznym montażem powierzchniowym konieczna bardzo duża dokładnośd montażu, zwłaszcza w przypadku złączy klejonych (przy lutowaniu, wskutek dużego napięcia powierzchniowego może nastąpid samoustawialnośd struktur) brak standaryzacji rozmieszczenie kontaktów sferycznych i pól lutowniczych może byd inne dla każdej struktury wymagana duża gęstośd połączeo na podłożu 29. MONTAŻ FLIP CHIP; Na czym polega zabezpieczenie określane w języku angielskim jako underfill Kompozyt o odpowiednio dobranym module sprężystości przejmuje naprężenia ograniczając możliwośd występowania defektów, a także stanowi ochronę połączeo przed wilgocią i wpływami atmosferycznymi, a także zwiększa istotnie mechaniczną wytrzymałośd złącza (underfill) dla łagodzenia naprężeo wynikających z niedopasowania współczynników rozszerzalności cieplnej. 30. MONTAŻ FLIP CHIP; Jakie znaczenie ma kontakt podwyższony (ang. bump). Kontakt (bump) - tworzy elektryczne i mechaniczne połączenie między strukturą i obudową lub płytką obwodu drukowanego oraz stanowi przewodnik dla odprowadzenia ciepła ze struktury. W najczęściej stosowanym sposobie montażu, jakim jest lutowanie, kontakt ma formę kropli stopu lutowniczego 31. MONTAŻ FLIP CHIP; Jakimi technikami wykonuje się kontakty podwyższone zgrzewanie kulkowe termokompresyjne pokrywanie galwaniczne lub bezprądowe nanoszenie warstw metodą parowania lub rozpylania technika drukowania, dozowanie lutu przez wystrzeliwanie (jet dispensing) 32. MONTAŻ FLIP CHIP; Jakie techniki są stosowane do połączenia kontaktów podwyższonych z polami na podłożu Łączenie kontaktów podwyższonych z polami na podłożu za pomocą: lutowania klejenia zgrzewania termo kompresyjnego 33. MONTAŻ FLIP CHIP; Co to jest i jak może wyglądad struktura warstw podkontaktowych O jakości i niezawodności złączy decydują warstwy, jakie znajdują się między strukturą a kontaktem podwyższonym. Są to warstwy metaliczne, które zapewniają: - brak rozpływu kontaktu podwyższonego - dobrą adhezję do powłok kontaktowej i pasywacyjnej - ochronę kontaktu przed korozją Np. warstwa Cr/Cu o grubości ok m, którą pokrywa się miedzią o grubości ok. 1.0 m 7

8 34. MONTAŻ FLIP CHIP; Jakie są etapy wykonywania połączeo flip chip w procesie lutowania Stop lutowniczy Po naniesieniu stopu lutowniczego (utworzenie podwyższonych kontaktów patrz pytania wcześniejsze) i topnika (dwie metody niżej opisane) układa się strukturę na podłożu następuje lutowanie bezołowiowe, po lutowaniu uszczelnia się całośd żywicami underfilling chroniącą przed uszkodzeniami mechanicznymi i utlenianiem kontaktów a także pozwala na zredukowanie naprężeo. Nanoszenie topniku: 1.Dozowanie topnika na podłoże topnik rozlewa się równą warstwą i stanowi pomoc przy lutowaniu, układanie struktury na podłożu 2. Za pomocą pomocniczej płytki zanurza się cześd kontaktów topnik przywiera do nich i do płytki następnie płytkę umieszczamy na podłożu. 35. MONTAŻ FLIP CHIP; Jakie kleje elektrycznie przewodzące można stosowad w technologii flip chip W technologii flip chip można stosowad dwa rodzaje klejów elektrycznie przewodzących: izotropowy klej elektrycznie przewodzący (ICA) anizotropowy klej elektrycznie przewodzący (ACA) 36. MONTAŻ FLIP CHIP; Co to są kleje przewodzące anizotropowo Przewodnictwo elektryczne w takim kleju zachodzi tylko w jednym kierunku między obwodem drukowanym i elementem. Kleje przygotowane są jako folia lub pasta. 37. MONTAŻ FLIP CHIP; Na czym polega stosowanie klejów przewodzących anizotropowo Pomiędzy kontaktem chipu a metalizacją podłoża umieszczone są skompresowane przewodzące polimerowe kulki (polimer pokryty srebrem i dielektrykiem), będące składnikiem kleju. Dookoła bezpośredniego połączenia występuje klej wraz z kulkami w mniejszej ilości. 8

9 38. MONTAŻ FLIP CHIP; Dlaczego wysoka niezawodności wymaga wprowadzania wypełnieo polimerowych (underfill) Różnica współczynników rozszerzalności cieplnej może prowadzid do pęknięd struktury w górnej części, pęknięd pul lutowniczych i kontaktowych. Aby temu przeciwdziaład wprowadza się odpowiednio dobrane żywice, które wyrównują różnice współczynników rozszerzalności cieplnej. 39. MONTAŻ FLIP CHIP; Czy kształt kontaktu ma znaczenie dla jego wytrzymałości i niezawodności Tak, najwytrzymalsze są kontakty o kształcie klepsydry. 40. MONTAŻ FLIP CHIP; Jakie są sposoby dozowania polimeru wypełniającego (underfill) 41. MONTAŻ FLIP CHIP; Na czym polega system bezprzepływowy (no-flow) wprowadzania kompozytu (underfill) kapilarne: Inaczej przepływowe, polega na dozowaniu kompozytu naokoło struktury a następnie obracanie płytki. Kompozyt się rozpływa pod strukturą. Wady to długi czas dozowania i długi czas utwardzania o C. Druga wada to powstawanie pęcherzy powietrza w środku struktury zamknięte przez kompozyt. Można niwelowad ten efekt np. zmodyfikowanie dozowanie typu L. Bezprzepływowe: Kompozyt rozprowadzony jest za pomocą rakli, w okno które pokrywa kontakty następnie struktura z wyprowadzeniami dociskana jest od góry. Precyzyjnie odmierzona ilośd kompozytu pozwala na dokładne wypełnienie, nie powstają pęcherze z powietrzem. Metoda jest szybsza nie czekamy na rozpłynięcie się kompozytu. 42. ELEMENTY, OBUDOWY, ARCHITEKTURA WYPROWADZEO; Czym charakteryzują się elementy do montażu przewlekanego Through mounted device, TMD, charakteryzują się dwoma wyprowadzeniami osiowymi lub wyprowadzeniami jednostronnymi lub wyprowadzenia w hermetycznej obudowie kubeczkowej. 43. ELEMENTY, OBUDOWY, ARCHITEKTURA WYPROWADZEO; Czy odległośd wyprowadzeo równoległych elementów do montażu przewlekanego jest znormalizowana Tak i nie przy wyprowadzeniach osiowych istnieje pewna dowolnośd, wyprowadzenia jednostronne są znormalizowane (wielokrotnośd wymiaru charakterystycznego równego 0,1 cala (2,54 mm)). 9

10 44. ELEMENTY, OBUDOWY, ARCHITEKTURA WYPROWADZEO; Jakie są wymagania dla elementów do montażu powierzchniowego - wyprowadzenia elementu muszą umożliwiad montaż na powierzchni płytki PCB (a nie w otworze) - kontakty powinny byd łatwo i dobrze zwilżalne przy lutowaniu - kształty i wymiary podzespołów muszą byd zunifikowane i dostosowane do montażu automatycznego - korpus elementu powinien byd zwarty, bez zagłębieo i odporny na mycie rozpuszczalnikami lub wodą - konstrukcja musi byd odporna na naprężenia wynikłe z narażeo mechanicznych i cieplnych w trakcie lutowania. 45. ELEMENTY, OBUDOWY, ARCHITEKTURA WYPROWADZEO; Czym różnią się podzespoły bierne SMD typu chip i MELF Typ chip - kształt prostopadłościanu Typ MELF kształt cylindryczny 46. ELEMENTY, OBUDOWY, ARCHITEKTURA WYPROWADZEO; Co oznacza znormalizowany wymiary 0805 elementu SMD Dwie pierwsze cyfry oznaczają w przybliżeniu długośd podzespołu w setnych częściach cala (08=0,08, czyli 2,00mm), dwie ostatnie cyfry szerokośd (05=0,05, czyli 1,25mm). 47. ELEMENTY, OBUDOWY, ARCHITEKTURA WYPROWADZEO; Jakie zadania ma obudowa układu scalonego do montażu powierzchniowego - doprowadzenie zasilania do struktury półprzewodnikowej, - przesyłanie sygnałów wejściowych i wyjścia ze struktury, - odprowadzenie ciepła, - zabezpieczenie struktur przed wpływem narażeo środowiskowych 48. ELEMENTY, OBUDOWY, ARCHITEKTURA WYPROWADZEO; Jaki montaż wykonuje się wewnątrz obudowy układu scalonego do montażu powierzchniowego - drutowy, - połączenia flip chip, - (znacznie rzadziej) tab 49. ELEMENTY, OBUDOWY, ARCHITEKTURA WYPROWADZEO; Jakie obudowy układu scalonego stosuje się do montażu przewlekanego - obudowy jednorzędowe (single in line package, sip), - obudowy dwurzędowe (dual in line, dil, lub dual in line package dip) - obudowa matrycowa (pin grid array, pga)- Wyprowadzenia, odległe od siebie o 2,54 mm, są rozmieszczone pod obudową w kilku rzędach odległych od siebie też o 2,54 mm 10

11 50. ELEMENTY, OBUDOWY, ARCHITEKTURA WYPROWADZEO; Jak wygląda koocówka typu skrzydło mewy (ang. gull wing leads), a jak J-leads Skrzydło mewy wyprowadzenia tasiemkowe w kształcie rozpłaszczonej litery z J-leads wyprowadzenia podwinięte 51. ELEMENTY, OBUDOWY, ARCHITEKTURA WYPROWADZEO; Czym charakteryzują się obudowy typu PLCC, QFP (wspólna cecha) - wyprowadzenia ze wszystkich stron - do montażu powierzchniowego PLCC ma wyprowadzenia j-leads, stały raster 1,27 mm, ilośd wyprowadzeo do 84, i wymagana jest koplanarnośd na poziomie lepszym niż 0,1mm QFP z kolei ma wyprowadzenia w kształcie skrzydła mewy, liczba wyprowadzeo jest zróżnicowana - od 32 do ponad 200, raster jest zróżnicowany - od 0,4 do 1,0 mm, są rożne typy takie jak LQFP (Low profile QFP), TQFP (Thin QFP), PQFP (Plastic QFP) 52. ELEMENTY, OBUDOWY, ARCHITEKTURA WYPROWADZEO; Czym charakteryzują się obudowy typu BGA 53. ELEMENTY, OBUDOWY, ARCHITEKTURA WYPROWADZEO; Czym charakteryzują się obudowy z kontaktami sferycznymi w siatce rastrowej OBUDOWY Z KONTAKTAMI SFERYCZNYMI W SIATCE RASTROWEJ (ball grid array BGA) Wyprowadzenia w postaci kontaktów podwyższonych rozmieszczane w matrycy 1,52 mm; 1,27; 1,0; 0,8; 0,75; 0,65 a nawet 0,5 mm. Średnica kontaktów określana jest jako 60 % podziałki lub ma wartośd stałą (np. 0,3 mm) Liczba wyprowadzeo w takich układach waha się od kilkudziesięciu do ponad ELEMENTY, OBUDOWY, ARCHITEKTURA WYPROWADZEO; Jakie zalety mają obudowy BGA w stosunku do obudów z wyprowadzeniami na krawędziach (np. QFP) korzystniejszy stosunek liczby wyprowadzeo do wymiarów obudowy, gwarancja koplanarności (dopuszczalna koplanarnośd BGA 150 m może byd spowodowana zwichrowaniem obudowy wskutek skurczu tworzywa sztucznego), mniejsza liczba wad lutowania samonastawnośd wskutek napięcia powierzchniowego (mniej ostre wymagania co do dokładności układania bga z wyprowadzeniami sferycznymi topiącymi się w czasie lutowania), lepsze właściwości elektryczne 55. ELEMENTY, OBUDOWY, ARCHITEKTURA WYPROWADZEO; Jakie wady mają obudowy BGA w stosunku do obudów z wyprowadzeniami na krawędziach (np. QFP) brak łatwej kontroli stanu połączeo i brak możliwości napraw, 11

12 możliwa jedynie inspekcja rentgenowska, wady wewnątrz obudowy (ujawniane są w trakcie inspekcji makroskopią akustyczną) 56. ELEMENTY, OBUDOWY, ARCHITEKTURA WYPROWADZEO; Czym charakteryzują się obudowy typu CPS (ang. Chip Scale Package) - jakie są wymagania wymiarowe OBUDOWA W SKALI STRUKTURY (Chip Scale Package CSP ) - WERSJA BGA Z MAŁYM RASTREM Matryca wyprowadzeo w postaci kontaktów sferycznych w rastrze mniejszym niż 1 mm Spełnia dodatkowo warunek, że rozmiary obudowy nie stanowią więcej niż 1,2 rozmiarów struktury, lub powierzchnia obudowy nie jest większa niż 1,5 powierzchni struktury półprzewodnikowej 57. PODŁOŻA. PŁYTKI OBWODÓW DRUKOWANYCH; Co to jest PCB (ang. Printed Circuit Bard) PCB (Printed Circuit Bard) lub PWB (Printed Wiring Bard) - organiczny lub nieorganiczny kompozyt z zespołem zewnętrznych i wewnętrznych połączeo elektrycznych przeznaczony do montażu mechanicznego i elektrycznego elementów elektronicznych 58. PODŁOŻA. PŁYTKI OBWODÓW DRUKOWANYCH; Jakie wymagania powinny spełniad podłoża montażowe Wymagania: zapewniad zgodnośd współczynników rozszerzalności cieplnej podłoża i elementów, charakteryzowad się dużą przewodnością cieplną, umożliwiad uzyskanie dużej gęstości połączeo charakteryzowad się małą wartością stałej dielektrycznej 59. PODŁOŻA. PŁYTKI OBWODÓW DRUKOWANYCH; Z czego składają się podłoża montażowe (np. PCB) 60. PODŁOŻA. PŁYTKI OBWODÓW DRUKOWANYCH; Jakie cechy powinna mied warstwa przewodząca podłoża montażowego (np. PCB) 61. PODŁOŻA. PŁYTKI OBWODÓW DRUKOWANYCH; Jakie cechy powinna mied warstwa izolacyjna podłoża montażowego (np. PCB) PCB składa się z płytki izolacyjnej o odpowiedniej grubości i sztywności, pokrytej przewodzącą mozaiką połączeo i pól lutowniczych. warstwa przewodząca: możliwie mała rezystywnośd, dobre zwilżanie przez luty możliwości tworzenia mozaiki linii o stałej szerokości materiał izolacyjny: maksymalnie duża rezystywnośd i wytrzymałośd napięciowa, wysoka wytrzymałośd mechaniczna, 12

13 odpornośd na związki chemiczne stosowane w procesie produkcyjnym, lutowania, mycia itp., brak absorpcji wilgoci, odpornośd na temperatury procesów technologicznych, umożliwienie wiercenia otworów, wartości współczynników rozszerzalności cieplnej podobne do cte współpracujących materiałów, a także umiarkowana rozszerzalności w kierunku z, umożliwienie odprowadzanie ciepła 62. PODŁOŻA. PŁYTKI OBWODÓW DRUKOWANYCH; Co to jest FR-4 Jest to laminat z żywicy epoksydowej ze szkłem(tkanina) jako wypełniaczem. 63. PODŁOŻA. PŁYTKI OBWODÓW DRUKOWANYCH; Jak są zbudowane i po co stosuje się podłoża z rdzeniem metalowym Stosuje się, by mied płytki sztywne oraz mozaikę przewodzącą (Mozaika połączeo kombinacja warstw przewodzących, rezystywnych i izolacyjnych) 64. PODŁOŻA. PŁYTKI OBWODÓW DRUKOWANYCH; Jakie kryteria można stosowad dokonując rozróżnieo rodzajów podłoży montażowych SZTYWNOŚD PODŁOŻY GIĘTKIE ILOŚD WARSTW PŁYTKI SZTYWNE SZTYWNO-GIĘTKIE JEDNOSTRONNE DWUSTRONNE WIELOWARSTWOWE RODZAJ MONTAŻU DO MONTAŻU POWIERZCHNIOWEGO DO MONTAŻU PRZEWLEKANEGO DO OBU TECHNIK MONTAŻOWYCH MATERIAŁ WYKONANIA Z KOMPOZYTÓW POLIMEROWYCH CERAMICZNE 13

14 METALOWE 65. PODŁOŻA. PŁYTKI OBWODÓW DRUKOWANYCH; Na czym polega metoda subtraktywna wykonywania ścieżek przewodzących METODA SUBTRAKTYWA: -na laminat foliowany miedzią nanosi się emulsję fotolitograficzną -metodą optyczną nanosi się wzór mozaiki, -pozostała warstwa emulsji zostaje wypłukana -trawi się miedź, -po usunięciu emulsji powstaje PCB z warstwą ścieżek ograniczenia wymiarowe związane z podtrawianiem (min 0,2 mm) 66. PODŁOŻA. PŁYTKI OBWODÓW DRUKOWANYCH; Na czym polega metoda addytywna wykonywania ścieżek przewodzących METODA ADDYTYWNA: na powierzchnię płytki izolacyjnej nanosi się emulsję fotolitograficzną po naświetleniu odkrywa się płaszczyzny ścieżek i pól lutowniczych w odkrytych miejscach nanosi się materiał przewodzący elektrycznie przewodząca warstwa pogrubiana jest galwanicznie do wymaganej grubości, zbędna warstwa emulsji jest usuwana. Tą metodą można uzyskiwad ścieżki o szerokościach poniżej 50 m, brak efektu podtrawiania, ścieżki mają regularne kształty o krawędziach prostopadłych do podłoża. 67. PODŁOŻA. PŁYTKI OBWODÓW DRUKOWANYCH; Jakie techniki stosuje się do wykonywania otworów w płytkach wielowarstwowych wiercenie mechaniczne technika fotoczułych dielektryków, trawienie plazmowe, drążenie wiązką laserową 68. PODŁOŻA. PŁYTKI OBWODÓW DRUKOWANYCH; Jak zbudowane są wielowarstwowe obwody drukowane o dużej gęstości połączeo (ang. High Density Interconnect, HDI) Elementy bierne są zagrzebane w laminacie, zwalniając powierzchnię dla innych elementów. 14

15 69. PODŁOŻA. PŁYTKI OBWODÓW DRUKOWANYCH; Jakie korzyści mogą wynikad ze stosowania wielowarstwowych obwodów drukowanych o dużej gęstości połączeo zagęszczenie sieci połączeo PCB miniaturyzacja poszczególnych elementów mozaiki obwodu płytki drukowanej (ścieżki przewodzące, pola lutownicze, itd.) zwiększanie liczby warstw sygnałowych w pakiecie płytki obwodu drukowanego 70. PODŁOŻA. PŁYTKI OBWODÓW DRUKOWANYCH; Na czym polega proces drążenia laserowego warstwy dielektrycznej oparty na wykorzystaniu zjawiska ablacji fototermicznej Ablacja fototermiczna polega na procesach podgrzewania i odparowania obrabianego materiału. Zaabsorbowana przez materiał energia wiązki laserowej podgrzewa materiał powodując jego topienie i odparowanie. Proces termiczny powoduje naruszenie struktury wokół drążonego otworu. W przypadku FR-4 ścianki otworu są zwęglone. Wtedy wymagane jest oczyszczanie otworu ze stopionej żywicy (desmearing) 71. PODŁOŻA. PŁYTKI OBWODÓW DRUKOWANYCH; Na czym polega proces drążenia laserowego warstwy dielektrycznej oparty na wykorzystaniu zjawiska ablacji fotochemicznej Energia fotonów ma zdolnośd rozrywania w długołaocuchowych materiałach organicznych wiązao na poziomie molekularnym cząsteczki zajmują większą przestrzeo niż ich oryginalne molekuły są wyrzucane z drążonego otworu. Proces zimny - brak obserwowanych uszkodzeo termicznych wokół otworu. 72. PODŁOŻA. PŁYTKI OBWODÓW DRUKOWANYCH; Jaka jest najbardziej rozpowszechniona technika metalizacji ścianek otworów Najbardziej rozpowszechnioną techniką jest miedziowanie galwaniczne, poprzedzone procesem osadzania cienkiej warstwy (podwarstwy) przewodzącej. Mikrootwory głębsze (o większej wartości współczynnika kształtu) wymagają innych technik, np. rozpylania magnetronowego. 73. PODŁOŻA. PŁYTKI OBWODÓW DRUKOWANYCH; W jakim celu nanosi się powłoki ochronne na mozaikę przewodzącą Zapobieganie procesowi utleniania miedzi w czasie między wykonaniem płytki a montażem zespołu na płytce drukowanej. 74. PODŁOŻA. PŁYTKI OBWODÓW DRUKOWANYCH; Na czym polega metoda HASL (ang. Hot Air Solder Levelling), METODA HASL (Hot Air Solder Levelling), zanurzania PCB w topniku i stopionym lucie oraz wyrównywania powierzchni lutu gorącym powietrzem Najbardziej zalecanym stopem do wykonywania powłok metodą HASL jest stop cyny z miedzią (0,7%) i z dodatkiem niklu lub kobaltu o zawartości poniżej 1%. 75. PODŁOŻA. PŁYTKI OBWODÓW DRUKOWANYCH; Czy można nanosid Ag (jako warstwa ochronna) na mozaikę Cu Tak, ale są wady: powierzchnia jest aktywna, wrażliwa na warunki środowiskowe, szczególnie na obecnośd siarki. siarczki srebra matowią jej powierzchnię i mogą ograniczad lutownośd powłok. 76. PODŁOŻA. PŁYTKI OBWODÓW DRUKOWANYCH; Jakie problemy mogą pojawid się przy stosowaniu cyny jako warstwy ochronnej na miedzi powstawanie związków międzymetalicznych pokrywania warstwy tlenkami SnO i SnO 2 15

16 tworzenia dendrytów w postaci kryształów włóknistych, wiskerów 77. PODŁOŻA. PŁYTKI OBWODÓW DRUKOWANYCH; Co oznacza, że powłoki ochronne są niskotopliwe, rozpuszczalne lub nierozpuszczalne niskotopliwe topią się w temperaturze lutowania a następnie stapiają się z lutem, tworząc metalurgiczne połączenie miedzy lutem a materiałem podłoża (np. powłoki nakładane metodą HASL (SnPb, SnCu) rozpuszczalne w lucie nie topią się w temperaturze lutowania, ale ulegają rozpuszczeniu w ciekłym lucie. (powłoki złote, srebrne i w mniejszym stopniu powłoki cu i sn). połączenie tworzy się z wytworzeniem warstwy związków międzymetalicznych. nierozpuszczalne w lucie 78. PODŁOŻA. PŁYTKI OBWODÓW DRUKOWANYCH; Co to są powłoki organiczne OSP (Organic Surface Preservative) benzotriazole, benzimidazole, triazole, aryloimidazole W wyniku reakcji tych związków z miedzią powstają bardzo cienkie (ok. 0,2-05 µm), przeźroczyste powłoki, które tworzą na powierzchni miedzi, szczelną warstwę ochronną. Zalety: tanie; niski koszt pokrycia, brak metalicznych odpadów poprodukcyjnych 79. PODŁOŻA. PŁYTKI OBWODÓW DRUKOWANYCH; Co to jest i jak nakłada się maskę przeciwlutową Jest to termoodporna powłoka nakładana na wybrane obszary mozaiki przewodzącej, aby zapobiec osadzaniu na nich lutu podczas późniejszego lutowania Maski wytwarza się: METODĄ SITODRUKU - na powierzchnię płytki nanoszona jest warstwa polimeru o żądanym kształcie, która następnie jest utwardzana w podwyższonej temperaturze lub działaniem promieniowania UV. METODĄ LPI (liquid photoimageable) - pokrycie całej powierzchni płytki polimerami światłoczułymi; Po wysuszeniu warstwę naświetla się poprzez maskę o odpowiednim wzorze, co powoduje utwardzane polimerów i umożliwia usuniecie zbędnych fragmentów powodując odsłonięcie pól lutowniczych 80. PODŁOŻA. PŁYTKI OBWODÓW DRUKOWANYCH; Co musi byd brane pod uwagę przy projektowaniu geometrii mozaiki przewodzącej PCB Ostateczny kształt mozaiki musi uwzględniad: wymaganą gęstośd upakowania, dostępnośd elementów elektronicznych, minimalne szerokości ścieżek przewodzących i odległości między nimi, problemy odprowadzania ciepła, możliwości interferencji i zakłóceo sygnałów, pojemności sprzęgających rodzaj technologii montażu ograniczenia przewidywanej techniki lutowania 16

17 81. PODŁOŻA. PŁYTKI OBWODÓW DRUKOWANYCH; Co to jest raster mozaiki przewodzącej i jaki może mied wymiar W projektowaniu mozaiki zaproponowano raster, czyli siatkę modułową (grid) o podstawowej odległości 2,54 mm (0,1 ). Węzły siatki wyznaczają punkty lutownicze dla montażu przewlekanego lub środki geometryczne podzespołów SMD. 82. PODSTAWY PROCESU LUTOWANIA; Co to jest lutowanie Lutowanie jest metodą łączenia elementów, głównie metalowych, za pomocą stopu lutowniczego (lutu) o temperaturze topnienia niższej niż metali łączonych elementów. lut jest nakładany w postaci stopionej, podczas gdy łączone elementy pozostają cały czas w stanie stałym trwałe połączenie następuje dzięki wystąpieniu zjawiska kohezji i płytkiej dyfuzji, która ma bardzo kapilarny charakter spoiwo lutownicze wnika w mikropory materiału lutowanego głównie na II poziomie montażu stosowane jest wyłącznie lutowanie miękkie o temperaturze nie przekraczającej 450 c (najczęściej poniżej 250 C) proces jest odwracalny i połączenie można naprawiad bez uszkodzenia podłoża czy też podzespołów 83. PODSTAWY PROCESU LUTOWANIA; Co to jest punkt eutektyczny i dlaczego jest istotny w procesie lutowania Punkt na wykresie równowagowym faz, w którym krzywa likwidusu ma częśd wspólną (styka się) z krzywą solidusu. W punkcie tym, z dwu różnych faz w stanie ciekłym zaczyna tworzyd się jednorodna mieszanina, która zapoczątkowuje powstawanie eutektyki (w punkcie tym współistnieją czyste składniki stopu wraz z tym stopem) W procesie lutowania jest to istotne, ponieważ roztwór L przekształca się w dwie fazy stałe i mikrostrukturę złożoną z na przemian leżących warstw. Ta cecha eutektycznego stopu PbSn stanowi o łatwości procesu lutowania w stosunkowo niskiej temperaturze i otrzymania złącza o stosunkowo dobrej wytrzymałości mechanicznej. 84. PODSTAWY PROCESU LUTOWANIA; Dlaczego nie można stosowad stopów lutowniczych zawierających ołów. Jaka jest podstawa prawna Wadą stopu jest obecnośd ołowiu TOKSYCZNE SKUTKI DZIAŁANIA Pb NA ORGANIZM LUDZKI: uszkodzenia centralnego systemu nerwowego, zahamowanie wytwarzania hemoglobiny, osłabienie zdolności reprodukcyjnych W Europie 27 stycznia 2003 roku parlament europejski i rada przyjęły dwie dyrektywy zmierzające do eliminacji na terenie Unii Europejskiej ołowiu (i innych szkodliwych substancji) w produkcji sprzętu elektrycznego i elektronicznego poprzez zastąpienie tego pierwiastka innymi materiałami. dyrektywę ROHS o ograniczeniu wykorzystania w sprzęcie elektrycznym i elektronicznym niektórych substancji mogących negatywnie oddziaływad na środowisko dyrektywę WEEE o zużytym sprzęcie elektrycznym i elektronicznym. 17

18 Paostwa członkowskie unii europejskiej, zapewnią, iż od dnia 1 lipca 2006r nowy sprzęt elektryczny i elektroniczny wprowadzany do obrotu nie zawiera: ołowiu, kadmu, sześciowartościowego chromu, polibromowego difenylu, polibromowego eteru fenylowego 85. PODSTAWY PROCESU LUTOWANIA; Co kryje się za określeniem montaż bezołowiowy Technologia montażu bez wykorzystania ołowiu (ołów zastąpiono innymi materiałami) elektronika bezołowiowa (Lead-free Electronics). Wynika z wprowadzenia w Unii Europejskiej dyrektywy ROHS. 86. PODSTAWY PROCESU LUTOWANIA; Co to jest i jakie znaczenie ma kąt zwilżania Kąt zwilżania θ występuje między powierzchnią lutowia a płaską powierzchnią próbki. Kąt kontaktu θ jest zawsze mierzony wewnątrz stopionego lutu. Kąt ten ma takie znaczenie, że mówi czy dana próbka uległa przylutowaniu czy też nie 87. PODSTAWY PROCESU LUTOWANIA; Dla jakich wartości kąta zwilżania połączenie uważa się jako dobre GDY KĄT < 75 = DOBRE ZWILŻENIE. W PRZYPADKACH, KIEDY WYMAGANA JEST WYSOKA JAKOŚD POŁĄCZENIA LUTOWANEGO KĄT POWINIEN BYD MNIEJSZY NIŻ 55 ; NAJLEPSZE ZWILŻANIE OSIĄGA SIĘ, GDY KĄT JEST ZAWARTY MIĘDZY 0 a PODSTAWY PROCESU LUTOWANIA; Od czego może zależed wartośd kąta zwilżania O zwilżalności w znacznym stopniu decyduje czystośd powierzchni lutowanych części. Zanieczyszczenia tlenkami lub tłuszczem mogą wywoład znaczne zwiększenie kąta zwilżania. 89. PODSTAWY PROCESU LUTOWANIA; Na czym polega metoda meniskograficzna pomiaru siły i czasu zwilżania Pokrytą topnikiem próbkę metalu zawiesza się na czułej wadze i następnie zanurza pionowo z określoną prędkością na ustaloną głębokośd w kąpieli lutowniczej o kontrolowanej temperaturze 18

19 90. PODSTAWY PROCESU LUTOWANIA; Co to jest zjawisko (efekt) Kirkendalla Zjawisko dyfuzji przemieszczanie się atomów składników lutu w głąb metali bazowych i składników metali bazowych do lutu. Współczynnik dyfuzji wzrasta wraz ze wzrostem temperatury. Zjawiska dyfuzji zwykle powodują wzrost wytrzymałości mechanicznej złącza, ale jedynie w przypadku, kiedy szybkośd dyfuzji obydwu składników jest jednakowa. Jeżeli jeden z elementów dyfunduje szybciej niż drugi, tworzą się wakansy (voids) w materiale o wyższej szybkości dyfuzji efekt kirkendalla 91. PODSTAWY PROCESU LUTOWANIA; Jaka jest rola związków międzymetalicznych (ang. InterMetalic Compound, IMC) Tworzenie się związków międzymetalicznych skutkuje zmiana właściwości fizycznych lub chemicznych. Powstające związki posiadają nowe składy, o stechiometrycznych stosunkach elementów dwuskładnikowych, mają też struktury krystaliczne różniące się od struktur tworzących je elementów. Związki międzymetaliczne: Cu-Sn - cyna i miedź rozpuszczają się w sobie i tworzą jednorodny związek Cu 6 SN 5. w czasie starzenia (długi czas w podwyższonej temperaturze) tworzy się nowa warstwa Cu 3 SN, która narasta w sąsiedztwie miedzianych pół lub wyprowadzeo. Ni-Sn - zawartośd ni (zwykle z dodatkiem fosforu) w warstwie podkontaktowej tworzy barierę hamującą nadmierny wzrost związków CuSn Ni(P)Sn są kruche i osłabiają złącze. 92. PODSTAWY PROCESU LUTOWANIA; Jakie metale mogą wchodzid w skład stopów bezołowiowych cyna (Sn), miedź (Cu), srebro (Ag), bizmut (Bi), antymon (Sb), ind (In), cynk (Zn), aluminium (Al) 93. PODSTAWY PROCESU LUTOWANIA; Jakie stosuje się (najczęściej) stopy bezołowiowe Nazwa stopu Nazwa skrócona Sn % Cu % Bi % In % Ag % Sb % Cd % Temperatura C Sol. Liq. In52Sn48 In52A 48, e 1) Sn99 Sn99A 99,9 232 mp 2) Sn99Cu.7C Cu.7 99,3 0,7 227 e Sn96Ag04 Sn96A 96,3 3,7 221 e Sn96Ag03.8Sb5A Ag03A 96,3 0,7 2,5 0, Sn95Ag05E Sn95E 95,0 5, Sn95Ag04Cd01A Cd01A 95,0 4,0 1, Sn95Sb05A Sb05A 95, Sn42Bi58 Bi58A 42,0 58,0 138 e Sn96Ag03Cu0,4 Cu0,4 96,4 0,4 3,2 217 e Sn96Ag03Cu0,7 Cu0,7 95,5 0,7 3,8 217 e 19

20 94. PODSTAWY PROCESU LUTOWANIA; Jaka jest rola topnika Rola topnika: rozpuszczanie i usuwanie tlenków i innych związków z łączonych powierzchni i ciekłego lutu ochrona lutowanego obszaru przed chemicznym działaniem otaczających gazów zmniejszenie napięcia powierzchniowego ciekłych lutów polepszenie zwilżalności 95. PODSTAWY PROCESU LUTOWANIA; Jakie wymagania stawia się topnikom WYMAGANIA : Temperatura topnienia < od temperatury topnienia lutu, W temperaturze lutowania topnik powinien byd dostatecznie ciekły, aby równomiernie rozpływad się po łączonych powierzchniach i łatwo wnikad w szczeliny złącza, Topnik powinien byd chemicznie obojętny w stosunku do lutowanych metali i lutu, Topnik powinien całkowicie rozpuszczad lub wiązad związki niemetaliczne istniejące na powierzchni lutu i łączonych metali oraz w pełni chronid złącze przed szkodliwym działaniem otaczających gazów, Wzajemne przyciąganie między ciekłym topnikiem a lutowanym metalem powinno byd mniejsze niż przyciąganie między lutowanym metalem a ciekłym lutem, co warunkuje łatwe wypieranie topnika z powierzchni metalu przez lut, Topnik nie powinien zmieniad składu chemicznego w czasie nagrzewania w procesie lutowania, Pozostałości topnika i rozpuszczone w nim związki niemetaliczne powinny wypływad na powierzchnię lutu w momencie zetknięcia się ciekłego lutu z metalem rodzimym, Resztki topnika i wytworzony żużel powinny łatwo dad się usunąd z powierzchni złącza, Przy dłuższym przechowywaniu topnik nie powinien zmieniad swego składu chemicznego i właściwości wpływających na proces lutowania, Topnik nie powinien zawierad składników szkodliwych dla zdrowia, drogich i deficytowych, W czasie lutowania topnik nie powinien wydzielad gazów szkodliwych dla zdrowia 96. PODSTAWY PROCESU LUTOWANIA; Co jest składnikiem najbardziej rozpowszechniony topnika Powszechnie stosowane topniki: chlorek amonu lub kalafonia (kwas abietynowy C 20 H 30 O 2 ) do lutowania lutem cynowo-ołowiowym, kwas solny lub chlorek cynku do lutowania powłok ocynkowanych, boraks do lutowania twardego metali żelaznych. Topniki kalafoniowe (opracowano dla lutowania SnPb) zawierają co najmniej trzy podstawowe składniki: kalafonię, aktywator i rozpuszczalnik (zwykle jest to alkohol izopropylowy). 97. PODSTAWY PROCESU LUTOWANIA; Dlaczego powinno stosowad się topniki no-clean lub VOC-free" (Volatile Organic Compounds) Pozostałości topników po lutowaniu mogą byd elektrycznie przewodzące i/lub korozyjne koniecznośd usunięcia po lutowaniu 20

21 TOPNIKI NO-CLEAN - zawierają do 40% kalafonii. zostały jednak tak skomponowane, że kiedy podgrzane zostaną do temperatur lutowania to organiczne molekuły polimeryzują i utwardzają się blokując dostęp tlenu i wilgoci do połączenia. Ich pozostałości są zatem nie korozyjne i nie muszą byd zmywane. TOPNIKI WODNE, VOC-free (Volatile Organic Compounds) - zamiast lotnych rozpuszczalników organicznych zawierają wodę. bezpieczeostwo procesu lutowania, woda, jest niepalna. wymagane jest stosowanie wyższej temperatury grzania wstępnego przed lutowaniem 98. PODSTAWY PROCESU LUTOWANIA; Co zawiera pasta lutownicza Pasty lutownicze są homogenicznymi mieszaninami proszku lutowniczego i topnika (nośnika). 99. PODSTAWY PROCESU LUTOWANIA; Jaki kształt i rozmiary maja cząstki stopu w paście lutowniczej STOP W POSTACI PROSZKU O KULISTYM KSZTAŁCIE. Zakres wielkości cząstek proszku Rodzaj montażu Raster [μm] [mm] standardowy 0,63 1, fine pitch 0,38 0,63 < 25 very fine pitch < 0, PODSTAWY PROCESU LUTOWANIA; Jakie znaczenie ma lepkośd i zjawisko tiksotropii pasty lutowniczej Lepkośd jest właściwością płynów i plastycznych ciał stałych charakteryzująca ich opór wewnętrzny przeciw płynięciu spowodowany zjawiskiem tarcia wewnętrznego Właściwośd niektórych rodzajów płynów i ciał plastycznych, w których występuje zależnośd lepkości od czasu działania sił ścinających, które na ten płyn działały. Dlatego też niektóre płyny tiksotropowe mogą stad się przez pewien czas mniej lepkie, gdy podda się je intensywnemu mieszaniu. KLEISTOŚD PAST LUTOWNICZYCH OKREŚLA ZDOLNOŚD PASTY DO PRZYTRZYMYWANIA PODZESPOŁÓW DO PODŁOŻA W CZASIE MONTAŻU I PODCZAS PROCESU LUTOWANIA PODSTAWY PROCESU LUTOWANIA; Czy ma znaczenie sposób przechowywania pasty lutowniczej Sposób i czas przechowywania pasty określa producent i w praktyce jest to zalecenie przechowywania w niskiej temperaturze, co w znaczący sposób zwiększa się jej okres gotowości do 21

22 użycia. Nie powinno się otwierad pojemników z pastą, mieszad lub aplikowad pasty, gdy nie jest ona ogrzana w całej objętości do temperatury pokojowej TECHNOLOGIE LUTOWANIA; Na czym polega lutowanie ręczne Jak sama nazwa wskazuje lutowanie to nie zachodzi mechanicznie, wykonywane jest przez człowieka. Jest to sposób montażu zarówno elementów przewlekanych jak i powierzchniowych (SMD) przy pomocy lutownicy z grotem o odpowiedniej średnicy i rozgrzanym do odpowiedniej temperatury. Stosowane jest w przypadku elementów nietypowych, które nie mogły zostad przylutowane mechanicznie oraz w przypadku konieczności dokonania poprawki lutu lub naprawy na płytce PCB TECHNOLOGIE LUTOWANIA; Jakie narzędzia i materiały stosuje się przy lutowaniu ręcznym Narzędzia: Lutownica z odpowiednim grotem (ewentualnie stacja lutownicza) Pęseta do przytrzymywania elementu Lupa Materiały lutownicze: drut lutowniczy i topnik, ale najczęściej topnik jest już zawarty w lucie rdzeniowym Lutownice do montażu powierzchniowego: Maksymalna średnica grota 3,0 mm, temperatura - między 260 C i 295 C z tolerancją ± 5 C. Lutownice do montażu przewlekanego: ROZMIAR GROTA I ZAKRES TEMPERATURY ZGODNE ZE WSKAZANIAMI PRODUCENTÓW. Jeżeli nie są dostępne takie wskazania, to zaleca się, aby lutownica pracowała przy 50 W i odpowiedniej średnicy grota, na przykład 6,5 mm, i w temperaturze z zakresu 300 C i 375 C, z tolerancją ± 5 C 104. TECHNOLOGIE LUTOWANIA; Dlaczego przy lutowaniu ręcznym należy zwracad uwagę na zagrożenia wynikając z możliwości wyładowao elektrostatycznych POTENCJAŁ, DO JAKIEGO MOŻE NAŁADOWAD SIĘ OPERATOR (wilgotnośd względna 20 %, wykładzina nylonowa) > 10 kv, A TEORETYCZNIE NAWET DO 25 kv. Takie wyładowanie elektrostatyczne może spowodowad uszkodzenie elementu elektronicznego TECHNOLOGIE LUTOWANIA; Dlaczego lutowanie ręczne powinno prowadzid się na antystatycznych stanowiskach naprawczych Aby uniknąd wyładowania elektrostatycznego (ładunek elektryczny nagromadzony na powierzchni ciała). Stosuje się w tym celu odpowiednie maty (antystatyczne stanowiska naprawcze). 22

23 106. TECHNOLOGIE LUTOWANIA; Na czym polega lutowanie na fali Podzespoły do montażu przewlekanego Kierunek przesuwu płytki Strona docelowa lutu Podzespoły SMD Strona źródła lutu W zmechanizowanym procesie lutowania na fali wykorzystuje się stacjonarną falę stopionego lutu, Fala turbulentna stopionego lutu Fala laminarna stopionego lutu która w sposób ciągły uzupełniana jest świeżym lutem pompowanym z dna zbiornika wanny lutowniczej. Płytka drukowana z zamocowanymi mechanicznie podzespołami jest przenoszona na transporterze kolejno nad strefą topnikowania, strefą grzania wstępnego, a następnie w poprzek grzbietu fali stopionego lutu TECHNOLOGIE LUTOWANIA; Czy można zautomatyzowad proces obsadzania elementów do montażu przewlekanego Tak jest to możliwe. Istnieją maszyny, które same obsadzają na płytce elementy przewlekane na przykład automat Uniwersal AXIAL. Urządzenie to samo najpierw zagina koocówki, potem wkłada element w otwory w laminacie, ucina zbyt długie koocówki i na koniec jeszcze raz zagina TECHNOLOGIE LUTOWANIA; Jakie operacje prowadzi się przed lutowaniem na fali elementów SMD Elementy SMD muszą byd przed lutowaniem na fali przyklejone do PCB. Etapy: - dozowaniu lub drukowaniu kleju strukturalnego, - układaniu elementów dokładnie w wyznaczonych przez pola lutownicze miejscach, - utwardzaniu kleju, - odwróceniu płytki z elementami tak, aby elementy zostały zanurzone w ciekłym lucie 23

24 109. TECHNOLOGIE LUTOWANIA; Jaki kształt może mied fala lutownicza 110. TECHNOLOGIE LUTOWANIA; Dlaczego do lutowania na fali stosuje się dwukierunkową falę Lambda KLASYCZNA FALA GŁÓWNA T DWUKIERUNKOWA FALA LAMBDA (przepływ lutu ulega przyspieszeniu w kierunku przeciwnym do ruchu płytki intensywne działanie przepłukiwania ułatwiające zwilżenie) Kierunek przesuwu płytki Płyta czołowa Stopiony lut Płyta tylna regulowana 111. TECHNOLOGIE LUTOWANIA; Jakie są sposoby topnikowania przed lutowaniem na fali ZA POMOCĄ FALI METODĄ PIANOWĄ NATRYSKIEM - topnik natryskiwany w postaci minimalnych kropelek, które łatwo penetrują w głąb otworów i w miejsca trudno dostępne; dokładny system pozycjonowania natrysku pozwala na nanoszenie topnika w sposób selektywny; różne kombinacje nanoszenia topników w jednej maszynie, 24

25 (natrysk dwóch różnych topników z dwóch różnych zbiorników zasilających, jednoczesny podwójny natrysk z jednego zbiornika zasilającego lub natrysk jednego topnika z dwóch zbiorników zasilających 112. TECHNOLOGIE LUTOWANIA; Jakie znaczenie w lutowaniu na fali ma strefa grzania wstępnego PODSTAWOWE CELE GRZANIA WSTĘPNEGO: USUNIĘCIE ROZPUSZCZALNIKA/-ÓW Z TOPNIKA PRZED WPROWADZENIEM ZESPOŁU W STREFĘ MAKSYMALNEJ TEMPERATURY LUTOWANIA (w przeciwnym przypadku może nastąpid gwałtowne odparowanie, któremu prawdopodobnie będzie towarzyszyd rozprysk kulek spoiwa) UZYSKANIE ODPOWIEDNIEJ LEPKOŚCI TOPNIKA (jeżeli lepkośd jest zbyt niska, to topnik będzie przedwcześnie usuwany z płytki przez falę lutu. Może to byd przyczyną złego zwilżenia) ZAPEWNIENIE ZESPOŁOWI ODPOWIEDNIEJ TEMPERATURY POZWALAJĄCEJ NA PRZYSPIESZENIE AKCJI AKTYWUJĄCEJ TOPNIKA ZMINIMALIZOWANIE UDARU CIEPLNEGO, JAKIEMU ZESPÓŁ LUTOWANY PODLEGA WCHODZĄC W STREFĘ LUTOWANIA 113. TECHNOLOGIE LUTOWANIA; Dlaczego w lutowaniu na fali stosuje się tzw. nóż powietrzny Nóż powietrzny stosuje się w celu ograniczenia tworzenia się mostków po przeskoku lutowia (lutowanie na fali). Jest to wdmuchiwany strumieo gorącego powietrza TECHNOLOGIE LUTOWANIA; Jakie czynniki decydują o prawidłowym przebiegu procesu lutowania na fali CZYNNIKI DECYDUJĄCE O PRAWIDŁOWYM PRZEBIEGU PROCESU LUTOWANIA NA FALI: Właściwy dobór topnika o odpowiedniej stabilności cieplnej Temperatura stopionego lutu zależna od rodzaju stopu Czas kontaktu lutowanego zespołu ze stopionym lutem zależny od zdolności stopu do zwilżania powierzchni lutowanych Zespoły na grubych wielowarstwowych podłożach mogą wymagad dodatkowej strefy grzania od góry 115. TECHNOLOGIE LUTOWANIA; Czy istnieje możliwośd lutowania na fali pojedynczych elementów Tak, jest to lutowanie selektywnie. Mini fala wytworzona przez jedną samodzielnie pracującą dyszę (dla zapewnienia niezawodnego procesu dysza powinna mied wewnętrzną średnicę co najmniej 6 mm) TECHNOLOGIE LUTOWANIA; Na czym polega lutowanie rozpływowe Formowanie połączenia lutowanego w procesie topienia ziaren stopu bezołowiowego zawartych w paście lutowniczej nałożonej metodą druku przez szablon na pola lutownicze płytki drukowanej. Płytka drukowana z osadzonymi na paście lutowniczej podzespołami do montażu powierzchniowego przechodzi zwykle przez piec. Ziarna stopu topią się i tworzą wypełnienie połączenia lutowanego. SMD Grzanie Różne źródła grzania Pole lutownicze Pasta lutownicza Pasta lutownicza Podłoże 25 Maska przeciwlutowa

26 117. TECHNOLOGIE LUTOWANIA; Jakie urządzenia stanowią linię technologiczną lutowania rozpływowego 118. TECHNOLOGIE LUTOWANIA; Jakie są metody nakładania pasty lutowniczej drukowanie przez sito drukowanie przez szablon metodą dozowania 119. TECHNOLOGIE LUTOWANIA; Jak nanosi się pastę lutownicza w druku szablonowym Na laminacie układamy odpowiedni szablon, z wyciętymi miejscami na pastę lutowniczą. Następnie przy pomocy rakli przeciskamy przez szablon pastę TECHNOLOGIE LUTOWANIA; Jakie czynniki decydują o prawidłowym naniesieniu pasty z wykorzystaniem szablonu rodzaj powłoki lutownej płytki drukowanej, prędkośd przesuwu rakli, nacisk kąta ustawienia rakli grubośd szablonu średnica okna objętośd naniesionej pasty 121. TECHNOLOGIE LUTOWANIA; Jak wykonuje się szablony do nanoszenia pasty lutowniczej Szablony mogą byd polimerowe, ale głównie stosuje się wykonane z blachy (ze stali nierdzewnej) grubośd blachy jest zależna od rastra (wielkości otworów) i wynosi od 100 do 200 m. 26

27 Mozaika otworów w szablonie jest dostosowana do mozaiki pól lutowniczych płytki obwodu drukowanego, ale aby mied pewnośd, że pasta będzie nanoszona wyłącznie na pola lutownicze, otwory są ok. 10 % mniejsze od pól. Otwory wykonuje się metodą: trawienia wycinania laserowego 122. TECHNOLOGIE LUTOWANIA; Jak ocenia się prawidłowośd nanoszenia pasty w druku szablonowym Bada sie za pomocą sprawdzenia zwilżenia pól lutowniczych, podnosi sie temperaturę i sprawdza jak wyglądają pola lutownicze. Jakimiś mikroskopami można to robid lub na upartego rentgenografem u doktora Serafa 123. TECHNOLOGIE LUTOWANIA; Jak odbywa się układanie elementów SMD w produkcji przemysłowej W produkcji przemysłowej wykorzystuje się specjalne urządzenia (automaty) nazywane pick and place rami. Głowica (zawiera przyssawke próżniową) z odpowiednich podajników pobiera elementy i osadza je na polach lutowniczych płytki (pokrytych pastą lutowniczą). Dla wyzyskania dużych wydajności montażu, urządzenie zawiera wielopozycyjną głowicę lub wiele głowic pobierających dużą ilośd elementów TECHNOLOGIE LUTOWANIA; Jak wygląda profil temperaturowo-czasowy lutowania rozpływowego

28 1. Pierwsza krzywa nie powinna byd zbyt stroma (grozi rozpryskiem pasty) 2. Płaski odcinek w postaci siodła (strefa nagrzewania) faza wyrównywania temperatury wszystkich elementów zespołów 3. Szybkośd wzrostu temperatury w obszarze między koocem siodła a pikiem lutowania nie powinna byd większa niż 3 C/s (zmniejszenie ryzyka utraty aktywności topnika) 4. W piku lutowania zwykle zaleca się stosowanie temperatur poniżej 245 C (ze względu na możliwośd uszkodzenia podzespołów lub płytek) zamiast piku lutowania korzystne jest uzyskanie krzywej lutowania w postaci długiego i stosunkowo płaskiego odcinka 125. TECHNOLOGIE LUTOWANIA; Jak długo i w jakiej temperaturze powinny przebywad elementy w samym procesie lutowania (w temperaturze powyżej topnienia lutu) Czas przebywania płytki powyżej temperatury topnienia stopu powinien byd dłuższy niż 30 s, ale nie powinien przekraczad 90 s, (aby nie dopuścid do zwęglenia pozostałości topnika i ograniczyd grubośd tworzących się związków międzymetalicznych w połączeniu lutowanym). Dla stopu: SnAgCu temp. powyżej 217 o C, dla SnPb powyżej 183 o C TECHNOLOGIE LUTOWANIA; Na co mogą wpływad warunki w strefie chłodzenia w lutowaniu rozpływowym Warunki w strefie chłodzenia wpływają na: czas przebywania powyżej temperatury topnienia stopu; temperaturę płytki w momencie wyjścia; formowanie się związków międzymetalicznych; mikrostrukturę połączenia lutowanego; wytrzymałośd połączenia lutowanego na ścinanie; występowanie uszkodzeo w materiałach i podzespołach; naprężenia pozostające w połączeniu lutowanym TECHNOLOGIE LUTOWANIA; Jak zbudowany jest piec przemysłowy do lutowania rozpływowego Proces odbywa się w urządzeniach (piecach), w których płytki nagrzewane są: w podczerwieni, w warunkach konwekcji naturalnej lub wymuszonej, w parach nasyconych. Piece do grzania w podczerwieni lub konwekcyjne mają zwykle tunelową komorę (piece tunelowe) z wieloma strefami grzejnymi, w której płytki są przenoszone transporterem. Źródłem ciepła mogą byd lampy kwarcowe, otwarte grzejniki oporowe lub inne promienniki podczerwieni. 28

29 128. TECHNOLOGIE LUTOWANIA; Czy można zamiast pieca tunelowego stawad piec komorowy do lutowania rozpływowego Tak, dla potrzeb produkcji jednostkowej lub do celów laboratoryjnych mogą byd stosowane konwekcyjne piece komorowe. Piece te są wyposażone w systemy programowania temperatury i czasu. Pozwala to na sekwencyjne (w czasie) ustawianie temperatur tak, aby otrzymad przebieg z pyt TECHNOLOGIE LUTOWANIA; Jakie znaczenie może mied obecnośd azotu w piecu do lutowania rozpływowego Azot w piecach do lutowania rozpływowego jest stosowany do usunięcia tlenu zawartego w powietrzu. Zwykle stosuje się do tego azot o czystości 99,999%. Zmniejsza napięcie powierzchniowe stopu bezołowiowego ogranicza podatnośd na utlenianie powierzchni przeznaczonych do lutowania Atmosfera azotu w piecu jest najbardziej potrzebna w koocowej części strefy grzania wstępnego i w strefach lutowania, w których temperatury są wysokie i podatnośd na utlenianie duża TECHNOLOGIE LUTOWANIA; Na czym polega lutowanie w fazie gazowej (kondensacyjne) Polega to na tym, że odpowiednie ciecze (np. FC-113 (trójchloro-trójfluoroetan) i FC-70 (czterofluoro-trójamyloamina)) doprowadzane są do wrzenia. Powoduje to powstanie warstwy nasyconych oparów (nie zawierających żadnego tlenu ani innych gazów), które dostarczają ciepło do lutowanych elementów. Zaletą tej metody, jest całkowite wyeliminowanie tlenu, a więc ryzyka utleniania. Dodatkowo zmniejszone jest ryzyko przegrzania płytki (układu) TECHNOLOGIE LUTOWANIA; Jakie mogą byd inne źródła ciepła (poza piecem) w lutowaniu rozpływowym GORĄCE POWIETRZE SELEKTYWNIE DOSTARCZANE DO LUTOWANYCH OBSZARÓW NAGRZEWANIE KONTAKTOWE GORĄCĄ TERMODĄ WIĄZKA LASEROWA 132. WADY POŁĄCZEO LUTOWANYCH; Od czego zależy jakośd (prawidłowy kształt) połączeo lutowanych Prawidłowe połączenia lutowane są wynikiem właściwej technologii i materiałów użytych w procesie i zależą od: Zwilżalności lutowanych powierzchni, Aktywności topnika adekwatnie do lutowanych materiałów i stopu lutowniczego Rodzaju stopu lutowniczego i pasty lutowniczej Prawidłowości nałożenia pasty lutowniczej na pola kontaktowe Prawidłowości obsadzenia elementów Profilu temperaturowego i/lub kształtu fali lutowniczej, Innych parametrów procesu technologicznego 29

30 133. WADY POŁĄCZEO LUTOWANYCH; Jakie są typowe wady lutowania Typowe wady lutowania: Brak połączenia, Niezwilżenia i dowilżenia, Niewystarczająca ilośd lutu w połączeniu (tmd), Efekt cieniowania (smd); Obecnośd sopli lutu na polach i powierzchniach wyprowadzeo; Nadmierna liczba mostków lutu; Obecnośd kulek lutu na powierzchni płytki; Nadmiarowe sferyczne wypełnienie lutem z jednej strony połączenia lutowanego (smd) Powstawanie pustych przestrzeni w połączeniach lutowanych (porowatośc), Częśd lutu połączenia oderwana od pola lutowniczego lub razem z polem oderwana od powierzchni płytki (tmd); Mostki w postaci włoskowatych kryształów WADY POŁĄCZEO LUTOWANYCH; Co może oznaczad "akceptowalny" kształt połączenia lutowanego Normy przedstawiają docelowe wypełnienie lutem, ale także wypełnienie akceptowalne dla określonego poziomu zastosowania sprzętu elektronicznego WADY POŁĄCZEO LUTOWANYCH; Co to jest niezwilżanie Akceptowane połączenie lutowane powinno wykazywad oznaki zwilżenia i przylegania, gdy łączy się z lutowaną powierzchnią, tworząc kąt styczności 90 lub mniejszy. Zbyt słabe zwilżanie przy obecności silnych naprężeo może prowadzid do pękania złącza lutowanego WADY POŁĄCZEO LUTOWANYCH; Jakie wady mogą występowad po lutowaniu w montażu przewlekanym Tworzenie mostków lut nie został oddzielony od koocówek przed jego zestaleniem. Kulki lub rozpryski lutu 30

31 Sopel lub firanka lutu na koocówkach podzespołów do montażu przewlekanego, wystających więcej niż 2 mm od lutowanej powierzchni płytki drukowanej Puste przestrzenie Unoszenie się lub odrywanie lutu połączenia lutowanego 137. WADY POŁĄCZEO LUTOWANYCH; Jakie wady mogą występowad po lutowaniu w montażu powierzchniowym Brak połączenia Nieprecyzyjne osadzenie elementów Tworzenie mostków Występowanie kulek lutu Efekt nagrobkowy (tombstoning) Zjawisko wciągania lutu Puste przestrzenie w objętości lutu 138. WADY POŁĄCZEO LUTOWANYCH; Co może byd powodem braku połączenia w montażu powierzchniowym Brak połączenia w montażu powierzchniowym może byd spowodowanym efektem cieniowania element SMD blokuje przepływ fali lutowia po jednej z jego stron. Rozwiązanie: Koniecznośd wprowadzenia fali turbulentnej do procesu lutowania na fali podzespołów SMD 139. WADY POŁĄCZEO LUTOWANYCH; Co może powodowad wadę nazywaną "efektem nagrobkowym" (tombstoning) Efekt nagrobkowy jest to unoszenie się w górę jednego kooca podzespołu w trakcie procesu rozpływu. Przyczyny: różna lutownością obu wyprowadzeo podzespołu lub obu pól płytki drukowanej; złe wymiarami pól lutowniczych; wady projektu płytki wprowadzającymi powstawanie w procesie grzania gradientu temperatury wzdłuż korpusu podzespołu; nieodpowiednia jakością pasty lutowniczej; parametry procesu lutowania nieodpowiednio dobrane do konstrukcji lutowanej płytki. 31

32 140. WADY POŁĄCZEO LUTOWANYCH; Na czym polega zjawisko "wciągania lutu" Polega na przejmowaniu większości stopionego lutu bezołowiowego przez pocynowaną koocówkę podzespołu; w konsekwencji występuje brak lutu na powierzchni pola lutowniczego WADY POŁĄCZEO LUTOWANYCH; Jakie wady mogą występowad po lutowaniu w montażu flip chip Brak całkowitego zwilżenia pól lutowniczych Formowanie zimnych połączeo lutowanych z powodu zbyt niskiej temperatury lutowania pod obudową podzespołu; Większa liczba mikrokulek lutu rozpryśniętych na powierzchni płytki pod obudową; nie ulegają one zestaleniu razem z lutem znajdującym się na polu lutowniczym; Możliwośd delaminacji i pękania połączeo lutowanych Występowanie pustych przestrzeni 142. WADY POŁĄCZEO LUTOWANYCH; Jakie są specyficzne wady przy stosowaniu stopów bezołowiowych ZARAZA CYNOWA WISKERY (whiskers) 143. WADY POŁĄCZEO LUTOWANYCH; Co to jest i jakie znaczenie ma "zaraza cynowa" Autokatalityczna przemiana alotropowa cyny białej w cynę szarą (α-sn), która jest krucha i odpada z powierzchni materiału. Zaraza cynowa powstaje szczególnie szybko w temperaturze poniżej 0 C. Powoduje to znaczny spadek jakości połączeo lutowanych WADY POŁĄCZEO LUTOWANYCH; Co to jest i jakie znaczenie maja wiskery (ang. whisker) Wisker to elektrycznie przewodzący, włosowaty kryształ spontanicznie wyrastający z powierzchni stopów oraz czystego metalu, głównie cyny, cynku, indu i antymonu. Wiskery osiągają długości dochodzące nawet do kilku milimetrów, przy czym ich średnica zawiera się zazwyczaj w granicach 1 5 m Powoduje to zwarcia elektryczne pomiędzy sąsiadującymi polami lutowniczymi, ścieżkami przewodzącymi lub wyprowadzeniami elementów lub uszkodzenia mechaniczne subtelnych struktur WADY POŁĄCZEO LUTOWANYCH; Jakie są metody kontroli połączeo lutowanych kontrola wizualna przez człowieka lub zautomatyzowana automatyczna kontrola rentgenowska (AXI) sprawdzanie ciągłości elektrycznej zgłady metalograficzne badanie wytrzymałości mechanicznej 32

33 146. WADY POŁĄCZEO LUTOWANYCH; W jakich przypadkach stosuje się metody rentgenowskiej kontroli połączeo lutowanych Metodę tą stosujemy w chwili, kiedy chcemy znad średnice, wielkośd powierzchni oraz kształt połączeo oraz procentową zawartośd pustych przestrzeni. Pozwala to na prowadzenie automatycznej kontroli oraz odrzucaniu podzespołów z połączeniami wadliwymi WADY POŁĄCZEO LUTOWANYCH; W jakim celu stosuje się zgłady metalograficzne Zgład metalograficzny jest to pobrana skośnie, poprzecznie lub podłużnie względem osi materiału i odpowiednio przygotowana próbka do badao mikroskopowych WADY POŁĄCZEO LUTOWANYCH; W jaki sposób ocenia się elektryczną jakośd połączeo Wykorzystuje się w tym celu łaocuch połączeo lutowanych (daisy - chain) z zamontowanymi rezystorami o rezystancji zerowej (zwory) 149. WADY POŁĄCZEO LUTOWANYCH; W jaki sposób ocenia się mechaniczną jakośd połączeo Przy pomocy zrywarki urządzenia, które mierzy siłę, jaka jest potrzebna do oderwania elementu od PCB, bądź zniszczenia połączenia lutowanego MYCIE PO PROCESIE LUTOWANIA; Jakie rodzaje zanieczyszczeo mogą występowad po procesach technologicznych ZANIECZYSZCZENIA POLARNE, JONOWE I NIEORGANICZNE (aktywatory topników, sole z procesów galwanicznych i trawienia, środki neutralizujące, sole z rąk obsługi), ZANIECZYSZCZENIA NIEPOLARNE, NIEJONOWE, ORGANICZNE (cząstki stałej kalafonii, oleje, smary, woski, kremy do rąk, produkty degradacji, zwilżacze), CZĄSTKI STAŁE ZAWIESZONE W POWIETRZU, (cząstki żywicy i włókienka szklane, kulki lutu z procesu lutowania, kurz z powietrza, włókienka z ubrania, cząstki skóry, włosów i brud z rąk obsługi) 151. MYCIE PO PROCESIE LUTOWANIA; Jakie znaczenie mają zanieczyszczenia jonowe Pozostawienie zanieczyszczeo jonowych, szczególnie chlorków i bromków na podłożu powoduje procesy korozji chemicznej czy elektrochemicznej MYCIE PO PROCESIE LUTOWANIA; Na czym polega korozja elektrochemiczna korozja elektrochemiczna - wystąpienia różnicy potencjału pomiędzy różnymi metalami lub na powierzchni metalu. KONSEKWENCJA ZUBOŻANIE WARSTWY METALU I POWSTAWANIE NOWYCH ZWIĄZKÓW 33