IRPSE

INIIERE IN REALIZAREA PRACTIC A SCHEMELOR ELECTRONICE (IRPSE)

Cursul 4

Web: http://www.cetti.ro ; www.TAEA.ro

Cabinete consultaii: Localul Leu, camera B 310, B311, S001

2Alte metode de realizare a interconectrilor n electronic

Cablaje cu fire Wire-wrapping Multiwire 3D-MID

n primele aparate electronice de la nceputul secolului XX, pn la generalizarea PCB, cca. anul 1950, componentele se fixau pe un suport (asiu), izolant sau metalic, cu cleme, uruburi, piulie etc. Legturile dintre terminale se executau cu fire izolate sau neizolate; unele componente se montau direct ntre terminalele unor socluri sau unor alte componente cu dimensiuni mai mari. Datorit dezavantajelor evident, acest procedeu nu mai este folosit azi n producia electronic.

Tehnologii de cablare cu fire

Un progres s-a nregistrat prin folosirea plcilor i regletelor din materiale izolante (textolit, pertinax, ceramic) pe care se monteaz prin ncastrare sau capsare, capse, cose, sau cleme metalice folosite pentru contacte electrice. Piesele se monteaz prin lipirea terminalelor pe contacte iar conexiunile se realizeaz direct ntre terminale sau cu fire. Montajele astfel realizate, sunt ceva mai ordonate, au rcirea bun, o bun rezisten mecanic i fiabilitate crescut. Din aceste motive, procedeul este i azi folosit n circuite care lucreaz la tensiuni mari i/sau necesit rcire bun.

Reglete izolante cu cose, capse i cleme de contact i un montaj pe reglete cu cleme

Conductoare filare Conductoarele electrice pentru interconexiuni pot fi: filare (cabluri) sau imprimate. In prezent, aproape toate conductoarele de interconexiune se realizeaz din cupru electrotehnic, cu mare puritate (peste 99,5%). De regul, dup tragerea n fire se procedeaz la o recoacere care face metalul ductil (moale) i i reduce rezistivitatea ( 0,017210-6 m). Pentru unele utilizri (de ex. pentru wrapping) se folosete cupru tras la rece (fr recoacere), mai elastic, cu rezistivitate ceva mai mare ( 0,017810-6 m).

Conductoare din alte metale (Au, Ag, ...) se folosesc n circuite integrate i foarte rar n alte aplicaii. In schimb, adesea conductoarele din cupru sunt metalizate, prin acoperire cu o pelicul subire din metal greu oxidabil (Ag, Au, ...) sau cu oxid cu mic (Sn) i care favorizeaz lipirea (Ag, Sn).

Tehnologii de cablare cu fire (Cablaje cu fire)

Tipuri de inductoare

Conductor emailat forme de livrare Bobin toroidal cu conductordin cupru emailat

Bobin cilindric cu conductor din cupru emailat

nfurri ale unui transformator cu conductor din cupru emailat

Tipuri de conductoare filare

Cablurile masive, izolate sau neizolate, metalizate (stanate, argintate) sau nu, sunt din cupru recopt (moale, rezistivitate mic) sau tras la rece (mai elastic, cu rezistivitate ceva mai mare). Conductoarele masive au flexibilitate redus i nu suport ndoiri sau rsuciri repetate.

Cablurile liate, sunt formate din mai multe fire (3 ...15 fire, 0,1 ... 0,5mm) strnse n mnunchi i uor torsadate. De regul sunt izolate (cu bumbac, dar n prezent numai n plastic) i pot fi cu un mnunchi sau mai multe, metalizate sau nu. Aceste conductoare au flexibilitate mai bun i sunt folosite pentru conectarea pieselor mobile.

Cablurile bifilare, trifilare sau multifilare, constau din mai multe conductoare, de regul liate, puse n paralel i izolate n ansamblu sau cu izolaiile lipite, formnd cabluri rotunde sau tip panglic.

Tipuri de izolaieIzolaia cablurilor filare se realizeaz cu: pelicul de email, cu email i estur impregnat sau nu, sau cu mas plastic. Cablurile izolate cu email (pelicule de 8 50m) se folosesc pentru bobinajele transformatoarelor i mainilor electrice, a bobinelor releelor etc; cteva dintre cele mai utilizate emailuri i unele proprieti apar n tabelul urmtor.

Tip email Proprieti Utilizri ObservaiiPolivinilacetalic Bune nsuiri electrice

pn la 100 120C. Bun rezisten mecanic i la solveni. Bun elasticitate.

Conductoare de bobinaj pentru maini electrice, bobine etc.

Circa 50% din producia de conductoare emailate

Poliuretanic nsuiri electrice bune i la frecvene mari. Bun rezisten la solveni i umezeal. Se pot folosi pn la 120C

Bobine de RF. Motoare mici, bobine pentru relee

Lipire posibil fr ndeprtareaprealabil a emailului

Poliesteric nsuiri electrice, mecanice i termice bune. Atacat de unii solveni

Bobine, relee, motoare de calitate

Rezist pn la 155C

Metode de interconectare alternative lalipirea componentelor

Procedeul wire wrapCablare cu fire aplicat pe scar larg n jurul anilor 1965-1970 i utilizat i n prezent, este cel numit wire-wrap (wrapping). Procedeul foloseste pini pentru wrapping ncastrai n suport izolant, pe care se nfoar strns conductorul de conexiune

Pinii sunt din metal elastic (bronz fosforos, alam, oel, ...) acoperii cu aur, argint sau staniu, cu seciune ptrat i cu muchii tioase. Conductorul care se nfoar pe pini este din cupru tras la rece (pentru elasticitate) argintat sau stanat (mai puin recomandabil). Izolaia este din teflon (PTFE), Kynar (PVDF), PVC sau Nylon, cu grosime mic (0,15 0,3mm).

Conductorul este nfurat foarte strns pe pin, cu o unealt special. Muchiile cresteaz puin conductorul iar pinul este puin torsadat. Astfel, apar fore elastice care asigur un contact foarte bun i fiabil (mult mai fiabil dect contactul prin lipire). Pentru a nu se rupe cuprul la vibraii, se execut i 0,5 ... 1,5 ture cu conductor izolat.

Pe un pin se pot conecta mai multe fire, n funcie de lungimea acestuia i grosimea firului. Pinii au latura de 0,5 ... 1mm, lungimea 15 ... 25mm i sunt plasai n ochiurile unei reele cu pasul 2,54 ... 5,08mm (0,1 ... 0,2inches) o densitate foarte bun de contacte pe cm2.

Calculatoare performante la timpul lor precum PDP8 (SUA) i Felix C256 (Romnia) au avut placa de baz (backplane) realizat prin wrapare. Calculatorul NASA utilizat n misiunile Apollo, care au ajuns pe lun a fost de asemenea realizat prin wrapare.

Conform Wikipediahttp://en.wikipedia.org/wiki/Wire_wrap acest mod de a realiza conexiunile, dup impunerea SMT nu mai avea aplicaii industriale notabile. Metoda wire wrap mai este azi utilizat la realizarea prototipurilor, dar tinde s fie nlocuit de plcile breadboard i de circuite imprimate al cror pre a sczut constant, dar conexiuni relativ proaste si instabile

Plci pentru prototipuri prin wire-wrap (tip Augat)

PCI multifilar (Multiwire PCB)

PCI multifilar: combin tehnologiile PCI cu cablajul convenional. Gurile de trecere metalizate sunt realizate dup lipirea firelor electrice izolate.

Plcile de interconectare multifilare (multiwire PCB) combin structuri dublu strat sau structuri multistrat cu cabluri izolate ncorporate ntr-un strat de prepreg (estur preimpregnat) laminat pe una din suprafeele exterioare ale plcii. Diametrele firelor sunt de obicei n intervalul de 80-100 m, avnd aceeai capacitate de ncrcare n curent cu cea a traseelor de circuit imprimat cu grosimea de 35 m i late de 0,15-0,25 mm. Firele sunt poziionate nainte de ntrirea stratul de prepreg i de realizarea gurilor. Deoarece sunt folosite fire izolate, se pot realiza cu uurin intersectri de trasee (crossover)

PCI multifilar (Multiwire PCB) 1

Exemple de structuri Multiwire de la firma Wirelaid

n cazul n care un fir se termin ntr-o gaur sau traverseaz o zon cu guri, acesta va fi tiat n timpul operaiei de gurire, oferind o suprafa de contact pentru interconectare prin viitoarea gaur metalizat. n acest fel pot fi fabricate plci cu nalt densitate de interconectare, avnd o flexibilitate mare n proiectare.

Avantajele plcilor PCB tip multiwire sunt:- pot fi utilizate la plcile cu densitate mare de componente,- numrul de guri de trecere poate fi diminuat.

PCI multifilar (Multiwire PCB) 2

a) layout-ul firelor b) foto circuit

3D MIDs (Molded Interconnection Devices)Interconectarea se realizeaz prin aplicarea cablajului pe suprafaa dispozitivelor din material plastic. Metalizarea plasticului:Depunere de Cu ne-electric

Expunere:scriere direct cu laseraplicare a unei mti foto 3D

Aplicare fotorezist:

Cablarea 3D poate nlocui cteva componente mecanice, cum ar fi

butoane, ntreruptoare.

SMD

Plastic rezistent la ocuri, ex. PEI=polietherimid

Modul demonstrativ 3D-MID pentru aplicaii de comand la ghidonul unei motociclete

Exemplu de modul demonstrativ 3D-MID

Senzor auto Adaptive Cruise Control System (ACC), firma Continental

Limitele actuale ale rezoluiei Sursa: LPKF

Exemple de circuite 3D MID

3D-MID poate nlocui circuitele flexibile

Etapele de realizare a unui circuit 3D-MID

Activarea cu laserActivarea materialului termoplastic se face prin fascicul laser. O reacie fizico-chimic creeaz n materialul plastic special germeni (activare) pentru viitoare depunere chimic (electroless). n plus fa de activare, laserul formeaz o suprafa rugoas pe care stratul de cupru depus ulterior va avea o aderen bun.

Detalii ale procesului 3D-MID

Suprafaa dup structurarea cu laser

Echiparea cu componenteMulte materiale plastice care se pot activa cu laser (LCP, PA 6/6M sau PBT/PET) rezist la cldur i pot fi utilizate ntr-un proces de lipire reflow compatibil cu procesele SMT standard. Datorit structurii 3D, cu nlimi i orientri diferite ale pastilelor, la aplicarea pastei de lipit, este ns dificil de utilizat serigrafia, i astfel trebuie utilizat procesul de dispensare din sering.n mod similar, plasarea componentelor trebuie realizat cu echipamente dedicate, care s permit asamblarea tridimensional.

Detalii ale procesului 3D-MID (2)

(a) (b)

Variante ale echipamentului pentru plantarea componentelor la 3D-MIDa) cap mobil translaie i rotaie pe toate axele, substrat fixb) substrat mobil, cap cu o singur ax de rotaie

24

Procesul de asamblare a modulelor electronice (contactare/lipire manual,

la val, pe suprafa, mixte, LASER, wirebonding-chip on board)

25Conexiunea electric = Solder joint

Profil termic

CAD

CAE

CAM

CAD: Computer Aids Design:IPC222x, IPC7351

CAE: Computer aids engineering:

CAM: Computer aid Manufacturing:

Schema electronic Modulul electronic

26

Cazuri posibile n asamblarea modulelor electroniceTIP 1, cu montare pe o singur fa

a structurii de interconectare

A. Componente THD, montare prin gaur

B. Componente SMD,montare pe suprafa

C. Componente mixte THD/SMD

27

Tip 2, cu montare pe ambele fee ale structurii deinterconectare (Top=superioar, Bottom=inferioar)A. Componente THD, montare prin gaur pe ambele fee

B. Componente SMD, montare pe ambele suprafee

C. Componente SMD cumontare pe ambele suprafee i THD Top.

X, Y, Z. Componente SMD complexe miniatur, cip de siliciu cu montare pe suprafaa PCB - COB

28

Care sunt constrngerile care impun tehnologia optim de contactare pentru asamblarea modulului

electronicFaza de realizare: Studiu de laborator?

Model experimental?Prototip?Producie de serie?

Productivitatea cerut: buci/unitate de timpTipul componentelor utilizate i modul lor de montare:

- dedicate cu/fr cerine speciale privind contactarea- Standardizate THD/SMD

Gradul de miniaturizare al componentelor utilizateNivelul de fiabilitate impus funcie de utilizarea finalCorelarea tehnologiei de contactare cu condiiile tehnice impusepentru asamblarea produsului.

Ex: cu/fr transfer de cldur

29

An

III

30

PROCESUL DE CONTACTARE/LIPIRE CU TRANSFER DE CLDUR

Lipirea este un procedeul de mbinare la cald a pieselor metalice, n care se folosete un metal de adaos, numit aliaj de lipit, diferit de metalele de baz: Lipituri moi, cnd temperatura de topire a aliajului de lipit - este

mult inferioar fa de a metalelor de baz, T < 400C; Lipituri tari, cnd aliajul de lipit are temperatura de topire

comparabil cu a metalelor de baz, T > 400C.Fabricarea pieselor, componentelor i dispozitivelor electronice: lipituri moi & lipituri tariInterconectarea componentelor la asamblarea modulelor electronice: lipituri moi

31

Lipirea este condiionat de o serie de procese fizico-chimice, care se petrec la contactul dintre aliajul de lipit topit (n stare lichid) i metalele de baz (n stare solid).Pentru realizarea lipirii este necesar ca aliajul de lipit topit s umecteze metalele de baz, pentru a se crea legturi strnse ntre cele dou materiale, cu consecina apariiei difuziei de atomi de aliaj n metalele de baz i a atomilor acestora n aliaj. Umectarea metalelor de baz de ctre aliajul n stare lichidse datoreaz forelor care apar la contactul dintre pictura de aliaj n stare lichid i metalul de baz. Suprafaa liber a picturii este perpendicular pe fora rezultant a acestor fore.

32

Echilibrul forelor n procesul de contactare

Fr = fora rezultant a forelor n echilibru la contactul dintre pictura de aliaj n stare lichid imetalul de bazFam = fora de adeziune metal de baz - aliaj lichidFaf = fora de adeziune aliaj mediul mediuFc = fora de coeziune a aliajului n stare lichid.

33

l - tensiunea stratului superficial al aliajului n stare lichid, ls- tensiunea superficial datorat adeziunii aliaj lichid-metal de baz solid, lg - tensiunea superficial datorat adeziunii lichid-gaz.

La echilibru:

Condiii pentru o umectare corect: ls > lUmectarea bun este posibil dac suprafeele metalelor i aliajului sunt perfect curate pe toat durata procesului de lipire.

34

Caz ideal: Contact bun = umectare bun a metalului de baz = rezultanta Fr se apropie de perpendiculara pe metalul de baz.Unghi limit de umectare sau unghi de contact () = nclinarea tangentei la suprafaa picturii egal cu unghiul dintre Fr i perpendiculara pe suprafaa metalului de baz;

cos se numete coeficient de umectare.Ambele mrimi reprezint msura gradului de umectare i n consecin o prim apreciere a calitii lipiturii.Mediul n care se realizeaz procesul de contactare i care nfoar suprafeele metalului de baz i a picturii de aliaj n stare topit este un amestec mixt lichid-gaz provenit din topirea fluxului de lipire, gaze produse prin fierberea i arderea fluxului i aer, respectiv azot , dac contactarea se realizeaz n atmosfer inert se caut eliminarea oxigenului din aer, care provoac oxidri.

35

Calitatea umezirii n raport cu unghiul de contact

Mediul n care se realizeaz procesul de contactare i care nfoar suprafeele metalului de baz i a picturii de aliaj n stare topit este un amestec mixt lichid-gaz provenit din topirea fluxului de lipire, gaze produse prin fierberea i arderea fluxului i aer, respectiv azot , dac contactarea se realizeaz n atmosfer inert se caut eliminarea oxigenului din aer, care provoac oxidri.

36

37

Fenomenul de capilaritateTensiunile superficiale, mai ales ale aliajului n stare lichid i dintre metalele de baz i aliajul lichid determin existena capilaritii, fenomen deosebit de important la lipirea pieselor electronice. Datorit capilaritii, aliajul topit ptrunde i umple spaiile nguste dintre piese, asigurnd lipirea numit adesea lipire capilar.Capilaritatea apare dac interstiiile sunt destul de mici (sub 0,25 mm) i este favorizat de rugozitile mici ale suprafeelor, mai ales dac sunt sub form de canale (rizuri); Pe suprafee lustruite capilaritatea este redus, ntinderea slab, din care motiv se recomand ca suprafeele, mai ales de cupru, s aib aspect satinat - asperiti mici.

OBS: Compuii IMC Cu3Sn i Ag3Sn sunt casani. Creereagrosimii acestor straturi duce la reducerea rezistenei mecanice aconexiunii.

39

Modificri n structura straturilor de compui intermetalici (IMC) funcie de perioada de meninere la temperaturi ridicateSe observ:Creterea grosimii straturilor IMC Cu3Sn, Cu6Sn5;Apariia de noi compui IMC Ag3Sn.

40

CONTACTARE/LIPIRE MANUALTehnologie de contactare/lipire cu transfer de cldur

Referine: IPC-J-SDT-001, IPC-2221, IPC 2222, IPC 7351, IPC-A-600, IPC-A-610

Domeniul de utilizare: Model experimental, prototip, producie de serie mic, productivitate i grad de miniaturizare reduse:A. Cu transfer de cldur:Permite contactarea componentelor standardizate THD/SMD i dedicate cu/fr cerine speciale privind asamblarea dar avnd un grad redus de miniaturizare: TIP1: A, B, C; TIP2: A;Utilizat n cazul asamblrilor mixte (n completare): TIP2: B, C;Varianta de contactare manual cu val selectiv dedicat:

fntna de aliaj.

41

CONTACTARE/LIPIRE MANUAL

B. Fr transfer de cldur: Presupune utilizarea adezivilor

C. Sudur Ultrasonic (cu/fr transfer de cldur auxiliar): Wirebonding, Nivel 1 n packgingul electronic Chip on board (COB), Nivel 2 n packgingul electronic

Procesul de contactare/lipire

Etape:nclzirea metalelor de baz i de adaos pn la temperatura de topire a aliajului (tta), timp n care se produce topirea fluxului, ntinderea acestuia i ndeprtarea impuritilor;topirea aliajului;continuarea nclzirii pn la temperatura de lipire (tl > tta) care se menine un timp, n care au loc umezirea, ntinderea aliajului, umplerea interstiiilor, dizolvarea metalelor de baz n aliaj i difuzia reciproc a moleculelor;ndeprtarea sursei de cldur, rcirea metalelor i solidificarea aliajului

42

La temperatura de lipire au loc i procese fizico-chimice nedorite (reacii, recristalizri, ...) care nrutesc calitatea lipiturii. Este necesar ca temperatura i durata nclzirii (lipirii) s nu dep-easc valorile necesare.Temperatura de lipire (tl) este ntotdeauna superioar temperaturii de topire complet a aliajului (tla), cu cel puin 25 30C.

Procese n timpul contactrii/lipirii

43

Ciocan de lipit tip pistol

44

2. Cu funcionare continu (cu rezisten de nclzire).2.1. Ciocanele de lipit cu rezisten de nclzire izolat n ceramic sau folii de mica, alimentat direct de la reea (230V/50Hz). Nu sunt recomandabile pentru lucru n electronic deoarece rezistena de izolaie este redus, mai ales la temperatur mare. Ca urmare, carcasa i vrful cioca-nului, chiar legate la priza de pmnt de protecie pot avea tensiuni periculoase pentru multe componente electronice.2.2. Staia de lipire alimentat prin transformator cobortor sau numai de izolare compus din transformator,ansamblul ciocan de lipit prevzut cu termoregulatoare (cu magnet permanent sau cu senzor de temperatur), subansamble de reglare / termostatare i conductoarele aferente.

45

2.2.1. Ciocanele de lipit termoreglate cu magnet permanent. Pentru meninerea constant (1 5C) a temperaturii, vrful este montat n contact cu magnet permanent avnd punctul Curie la temperatura de lipire (tCurie = tl). Ct timp t < tl, magnetul atrage o tij din fier moale i se nchide contactul de alimentare a rezistenei; la t tl = tCurie pastila i pierde nsuirile magnetice i un arc slab deschide contactul; la scderea temperaturii contactul se renchide. Schimbarea temperaturii de lipire necesit alt vrf cu magnet.

Variante constructive: puteri de la 20-25W la peste 100W; vrfuri cu pastile magnetice de la 200C la peste 350C (din 10 n 10C).

46

2. Cu funcionare continu (cu rezisten de nclzire).2.1. Ciocanele de lipit cu rezisten de nclzire izolat n ceramic sau folii de mica, alimentat direct de la reea (230V/50Hz). Nu sunt recomandabile pentru lucru n electronic deoarece rezistena de izolaie este redus, mai ales la temperatur mare. Ca urmare, carcasa i vrful cioca-nului, chiar legate la priza de pmnt de protecie pot avea tensiuni periculoase pentru multe componente electronice.2.2. Staia de lipire alimentat prin transformator cobortor sau numai de izolare compus din transformator,ansamblul ciocan de lipit prevzut cu termoregulatoare (cu magnet permanent sau cu senzor de temperatur), subansamble de reglare / termostatare i conductoarele aferente.

47

2.2.1. Ciocanele de lipit termoreglate cu magnet permanent. Pentru meninerea constant (1 5C) a temperaturii, vrful este montat n contact cu magnet permanent avnd punctul Curie la temperatura de lipire (tCurie = tl). Ct timp t < tl, magnetul atrage o tij din fier moale i se nchide contactul de alimentare a rezistenei; la t tl = tCurie pastila i pierde nsuirile magnetice i un arc slab deschide contactul; la scderea temperaturii contactul se renchide. Schimbarea temperaturii de lipire necesit alt vrf cu magnet.

Variante constructive: puteri de la 20-25W la peste 100W; vrfuri cu pastile magnetice de la 200C la peste 350C (din 10 n 10C).

48

2.2.2. Ciocanele de lipit termoreglate cu senzor (termistor, termorezisten, termocuplu) montat n vrf, asigur att un histerezis mai mic (sub 1C) ct i posibilitatea reglrii temperaturii (circuitele de reglaj sunt n aceeai carcas cu transformatorul) n plaje largi.Sunt mai scumpe i mai pretenioase (cordonul ciocanului are 4 6 fire)

Statie de lipire cu temperatura reglabila. 1: intrerupator de retea. 2: indicatorul optic al regulatorului de temperatura; 3: potentiometru rotativ de reglare a temperaturii (continuu, in gama 150-450 C); 4: comutator cu cheie; 5: priza pentru potentialul de masa; 6: conector pentru ciocanul electric

49

3. Cu aer cald. Permite lipirea manual prin convecie forat.

50

4. Portabile cu gaz. nclzirea vrfului se realizeaz indirect de la o flacr alimentat cu gaz.

Se utilizeaz i varianta cu flacr deschis.

51

5. Portabile cu baterii / acumulatori sunt cu funcionare continu, nclzirea fiind realizat prin rezisten de nclzire pentru puteri sub 10W.

52

Vrful = componenta principal a ciocanului de lipit. Forma este aleas n funcie posibilitatea de a transfera optim cldura la lipire. Zona de lucru = extremitatea care n timpul lipirii este n contact cu piesele i cu aliajul.Vrfurile cu durat de via lung (long life tips) = zona de lucru acoperit cu o pelicul micronic din fier pur.

53

Alte instrumente necesare lipiriipenseta, cuitul, cletele lat, cletele rotund, cletele de tiat, pompa de extras aliajul topit, tresa metalica, lupa.Pompa de aliaj: este folosit pentru extragerea aliajului n stare lichid din gurile specifice componentelor THD i de pe suprafeele padurilor SMD. Declanarea micrii explozive a pistonului asigurat de tensiunea acumulat n arcul comprimat provoac realizarea vacumului care determin extragerea aliajului n stare lichid.

54

Echipament de lipire manual componente SMD cu aer cald in dotarea UPB CETTI

55

Echipament de lipire manual componente SMD complexe din dotarea UPB CETTI

56

57

CONTACTARE/LIPIRE AUTOMAT LA VALTehnologie de contactare/lipire cu transfer de cldur


Domeniul de utilizare: Model experimental, prototip, producie de serie (mic, mijlocie, mare), productivitate mare: Presupune utilizarea unei linii automate de contactare la val THT; Permite contactarea componentelor standardizate THD/SMD iTHD dedicate cu/fr cerine speciale privind asamblarea: TIP1: A, C;Caz asamblri mixte: Permite contactare selectiv cu dispozitive auxiliare de dirijare a

valului i protecia componentelor SMD. Utilizat n cazul asamblrilor mixte complexe cnd sunt necesare

dispozitive auxiliare: TIP2: C.Varianta de contactare cu val selectiv n coordonate.

58

Maina de lipit la val

59

CONTACTARE/LIPIRE AUTOMAT PE SUPRAFA

Tehnologie de contactare/lipire cu transfer de cldur


Domeniul de utilizare: Model experimental, prototip, producie de serie (mic, mijlocie, mare), productivitate mare:Presupune utilizarea unei linii automate de contactare SMT;Permite contactarea componentelor SMD standardizate i dedicate cu/fr cerine speciale privind asamblarea: TIP1: B, TIP2: B;Utilizat n cazul asamblrilor mixte complexe:TIP1: C; Cazul contactrilor mixte:Utilizat n cazul asamblrilor mixte complexe cnd sunt necesare dispozitive auxiliare n caz TIP2 B i tehnologii adiacente (Ex. Wirebonding) n caz TIP2 C;Permite contactarea componentelor THD prin tehnologia PIN-IN-PASTE.

Val dublu turbulent/laminar

Val dublu, turbulent

Parametrii i variabilele procesului de lipire la val

Depunere pasta:

Printing

Plantare componente:

Pick & place

Inspecie optic pe faze

Cuptor SMT:

Testare final

Rework

Printare Plantare Final

CONTACTARE/LIPIRE AUTOMAT PE SUPRAFA

64

Profilul termic comparativ pentru procesul de contactare prin retopire cu i far plumb

- Caz profil cu platou, recomandat pentru favorizarea activrii fluxului

66

Banda admisa pentru profilul termic

Echipament SMT de lipire automat tehnologie infrared-convecie

67

VAPORI + GAZE NECONDENSABILEtransferul vaporilor prin

volumul fazei gazoase

condensarea propriu-zis

transferul cldurii latente de condensare

ctre suprafaa rece PCB

a

film decondensatpicturi de

condensat

bSuprafaa PCB, cu temperatura TPCB < Tv , pe care are loc condensarea

Transferul cldurii latente de condensare ctre suprafaa rece a PCB

Procesul de contactare prin retopire n stare de vapori

68

Maina VPS IBL SLC309 din dotarea UPB-CETTI

Pelicula de lichid condensat transfer cldurctre suprafaa PCB mult mai eficientcomparativ cu procesele infrared-convecie.

69

Controlul procesului de contactare prin retopire VPS

Prin controlul energiei introduse n sistem, producia de vapori fiind proporional cu energia; Controlul poziiei PCB n volumul de vapori relativ la suprafaa

lichidului de lucru; Controlul duratei de meninere pe o poziie determinat a PCB.

70

71

CONTACTARE/LIPIRE LASERTehnologie de contactare/lipire cu transfer de cldur


Domeniul de utilizare: Model experimental, prototip, producie de serie (mic, mijlocie, mare), productivitate mare:Presupune utilizarea unei linii semiautomate/automate de contactare a componentelor SMD / THD standardizate i dedicate cu/fr cerine speciale privind asamblarea: TIP1: B, C, TIP2: B, C;Cazul contactrilor mixte:Utilizat n cazul asamblrilor mixte complexe: TIP1: C; Utilizat n cazul asamblrilor mixte complexe TIP2 X,Y, Z,

Ex: 3D MID

73

Lipirea cu laser este o tehnica prin care un laser de mica putere este utilizat pentru a topi si lipi un punct de conexiune electrica. Lipirea selectiva permite eliberarea unei cantitati precise de energie unei anumite locatii, chiar celor greu accesibile, fara a cauza prejudicii din punct de vedere termic ariilor si componentelor inconjuratoare. In acest scop, echipamentul de lipire cu laser de mare precizie este dotat cu brat robotic si sistem de pozitionare x-y automat. Sunt folosite sistemele cu dioda laser bazate pe tehnologia AAA (aluminum-free active area), care le confera durata de functionare mai indelungata (deoarece principalul mecanism de defectare intr-un material semiconductor conventionel AlGaAs, oxidarea jonctiunii, este absent).Lipirea selectiva cu laser necesita mai putin de 10W si o densitate de putere relativ mica (W/cm2) pentru producerea unei contactari.

74

Parametrii lipirii cu laserPuterea medie a laserului (masurata in W): puterea medie controleaza cantitatea de caldura eliberata lipiturii. Puteri mai mari sunt preferabile pentru a minimiza durata procesului, dar un exces de putere poate cauza evaporarea si reducerea calitatii lipiturii.Durata/lungimea impulsului laser (masurata in sec): determina, ca si parametrul putere medie cantitatea de caldura cedata lipiturii.Factorul de deschidere (pulse/duty cycle) (exprimat in % on/off): factorul modifica frecventa cu care este eliberata caldura lipiturii oferind procesului un control mai mare. Un factor mai mare este preferabil deoarece asigura timpi de lipire mai mici.

CONTACTARE/LIPIRE WIREBONDING:CHIP ON BOA

RDTehnologie de contactare prin sudur ultasonic cu/fr transfer de cldur


Domeniul de utilizare: Model experimental, prototip, producie de serie (mic, mijlocie, mare), productivitate mare: Presupune utilizarea unor echipamente manuale / semiautomate /

automate de contactare placheta chip-terminale capsule, Nivel 1 n packagingul electronic; contactare placheta chip direct pe placa PCB, tehnologie Chip on

board: TIP2: X, Y, Z;

75

76

Contacarea prin fir (wirebonding) este procesul prin care se realizeaza conexiunea electrica intre cipul de siliciu si terminalele externe ale dispozitivului semiconductor prin utilizarea unor fire de legatura foarte fine. Firele utilizate sunt de obicei din aur sau aluminiu, dar cuprul incepe sa castige si el teren in domeniu.Diametrul firului incepe de la 15m si poate ajunge la cateva sute de m. Exista doua procese de contactare prin fir: contactarea prin bile de aur si contactarea prin fir de aluminiu

77

Contactarea prin bile de aurIn timpul contactarii cu fir de aur, o bila de aur se formeaza mai intai prin topirea capatului firului (care e tinut de o unealta denumita capilar). Bila are un diametru cuprins inte 1.5 pana la 2.5 ori diametrul firului. Ea este apoi adusa in contact cu padul pe care trebuie realizata legatura. Se aplica bilei o presiune, temperatura si forta ultrasonica adecvate un timp specificat ca sa se formeze sudura metalurgica initiala intre bila si pad pana la deformarea bilei.Firul este dus apoi la terminalul corespunzator formandu-se un arc sau bucla inte padul conexiunii si cupa terminalului. Se aplica din nou presiune si forte ultrasonice firului pentru a se forma cea de a doua conexiune. Dupa terminarea operatiei se taie masina taie firul pentru pregatirea urmatoarei contactari.

78

Contactarea cu fir de aluminiuIn timpul contactarii cu fir de aluminiu, firul este adus in contact cu padul de aluminiu. Se aplica o energie ultrasonica un timp determinat firului in timp ce el este presat formandu-se astfel prima contactare. Apoi se deruleaza operatiile ca si mai sus.

Echipamente wire bonding din dotarea UPB-CETTI

80

Montarea dispozitivelor SMD pe PCB

Conexiune/lipitura = structur complex multistrat n continu restructurare funcie de condiiile mecano-climatice de funcionare.

Model pentru microstructura cu straturile de compui intermetalicicare caracterizeaz conexiunea PIN-PAD generat de viteza dercire pe perioada procesului de contactare/lipire Caz aliaj frplumb (Lead-Free), SAC305: Sn 96,5% Ag 3% Cu 0,5%

82

83

PCB echipat cu componente SMD

Echipamentul de inspectie vizuala

Inspectie vizuala sub microscop

Calitatea n asamblareELIMINAREA DEFECTELOR DE LIPIRE

A. Conexiuni/lipituri defecte la nivel macroVizibile optic: pot fi identificate cu echipamente de inspecie optic manuale sau automate OFF/IN Line;Care realizeaz un contact parial ce va ceda la solicitrile mecano-climatice specifice mediului de utilizare. Dificil de identificat optic. Exemplu: Deplasarea componentelor pe vertical (CHIP) sau pe orizontal pe durata procesului de lipire (Chip Movement / Tombstoning / Draw bridging). Se datoreaza dezechilibru al fortelor de tensiune superficial.

86

B. Conexiuni/lipituri defecte la nivel microstructuralDefecte aprute n microstructura conexiunii. Se prezint sub forma unor incluziuni gazoase sau solide (VOIDS), fisuri, grosimi mari pentru compuii IMC casani Cu3Sn i Ag3Sn.Ex: Discontinuitati / incluziuni in structura lipiturilor (voids). Pot fi identificate prin inspecie cu raze X (X-Ray Inspection)

87

Echipament pentru inspecie optic in dotarea UPB-CETTI

Permite identificarea defectelor la nivel macro

88

Echipament testarea modulelor electronice la vibraii mecanice

Permite evaluarea nivelului de calitate al asamblrii prin identificarea lipiturilor slabe-contacte pariale, lipituri reci.

89

Echipament complex de testarePermite inspecie optic, testarea la solicitri mecanice a conexiunilor wirebonding i a conexiunilor pe placa electronic.

90

Mulumescpentru atenie !

IRPSE

Documents

Transcript of IRPSE