33. A lézernyomtató működési elve, optikai és mechanikai elemei, szerkezeti felépítése A személyi számítógépekhez kapcsolódó - irodai - nyomtatókban papírra vagy fóliára festéket viszünk fel a megszerkesztett szövegnek vagy ábráknak megfelelően. A jelenleg elterjedten használt nyomtatók: •lézernyomtató, •tintasugaras nyomtató. A lézernyomtatók a fénymásolókkal (xerox-típusú másolókkal) azonos elven működnek: •fotóvezető réteggel borított henger felületén először fényhatással elektromos töltéskép formájában alakítjuk ki a nyomtatandó ábrát, •a hengert festékporral hozzuk érintkezésbe, és azon a töltésképnek megfelelően megtapad a festék, •a hengerről a festéket ráhengereljük a papírra és ott beégetjük. A fénymásoló működési elve A lézernyomtató felépítése és működési elve:
Lézernyomtatók optikai elrendezésének elve A modulált lézerfényt forgó tükör szkenneli rá a fotóvezető hengerre.
A lézerfény akuszto-optikai modulálásának elve Nagyfrekvenciával táplált piezoelektromos átalakítóval akusztikus hullámokat gerjesztünk a modulátorban lévő kvarc kristályban. Az akusztikus hullám optikai rácsként hat és eltéríti az áthaladó fényt. Az eltérítés szögét a gerjesztés frekvenciája határozza meg.
34. A mágneses adatrögzítés elve. Merevlemezes tároló (hard disk) működési elve, felépítése. A személyi számítógépekben az információt - a programok kódjait és a feldolgozandó adatokat - tárolni kell. Az adatok tárolására a következő, különböző elven működő eszközöket alkalmazzuk: •félvezető memóriák, •mágneses adatrögzítés: merevlemezes (hard disk) és cserélhető lemezes (floppy disk) tárolókban, •optikai adatrögzítés: pl. kompakt diszken. Mágneses adatrögzítés esetén az információs biteket mágneses vékonyrétegben lévő, különböző mágnesezettséggel rendelkező anyagrészek tárolják. Az anyagrészek átmágnesezését, vagyis az adatok írását, valamint mágneses állapotuk, vagyis a tárolt adatok kiolvasását elektromos átalakítókkal végezzük. A mágneses adatrögzítés elve és folyamata
Az MR magnetorezisztív olvasás elve
A GMR „Giant” magnetorezisztív olvasás elve
A „Giant” magnetorezisztív kialakítás hatása Az író-olvasó mechanikai felfüggesztése
35. Az optikai adatrögzítés elve. A CD és DVD lemezek gyártástechnológiája CD-DA = a Red Book szabvány (1980). • Az optikai adatrögzítés és leolvasás fejlődésében mérföldkövet jelentett a Philips és Sony által kidolgozott Compact Disc Digital Audio (CD-DA) szabvány. Ez a mai napig minden CD formátum alapja. 1980-ban elkezdődött a hangtechnika digitalizálódása. • A szabványosított optikai adattároló lemezek családfája több mint 30 féle CD formátumot jelent. Mi ezek közül csak néhány elterjedten alkalmazott típussal foglalkozunk. • A szórakoztató elektronikai piacon a kompakt lemezek (CD-DA gyakran CD-A-nak nevezik) terjedtek el. Ezek 120 mm átmérőjű és 1,2 mm vastagságú, víztiszta makrolon (polikarbonát) műanyagból fröccsöntéssel készült korongok. A CD-DA kiszorította a hangtechnikából a mikrobarázdás lemezeket.
A bump-ok szélessége 0,5 µm; hosszúsága min. 0,833 µm; vastagsága 0,11 µm ; menetemelkedése: 1,6 µm. A 74 perc hosszúságú zenei CD lemez kapacitása : 44.100 minta/csatorna/sec x 2 bytes/minta x 2 csatorna x 74x60 sec = 783.216.000 bytes A normál CD-DA adatátviteli sebessége = 4,3219 Mbit/s (a 4x CD meghajtók adatátviteli sebessége 4,8 Mbit/s).
Példa a CD olvasófej felépítésére: A Sony cég dolgozta ki az ábrán látható ún. FOP (Flat Optical Pick-up) CD olvasót. A tükörprizma két különböző fénytörésű prizmából áll. A határfelületekre gőzölt Al réteg szolgál tükörként. Működés közben a lézerfény, áthaladva a tükörprizmán, fényereje a felére csökken. A CD-ről visszaverődő sugár fényereje szintén a felére csökken és az már nem elegendő az Al tükörfelületen való átjutáshoz. A kiinduláshoz képest csak negyedakkora fényerejű lézerfény jut a fotódetektorra. A CD lemezeknél az információ hordozója a spirális nyomvonal mentén - az olvasási irányból nézve különböző hosszúságú domborulatok (bump-ok) és sík részek sorozata. A kétféle felületről a lézersugár különböző intenzitással verődik vissza. Az intenzitás különbség megfelelő digitalizálás után fogja megadni a bináris 0 vagy 1 értéket. A CD-re az információt a lemez típusától függően meghatározott kódrendszerben viszik fel. Az információ leolvasásához a lézerdióda egyetlen sugárnyalábjából előállított három lézersugarat használják. A spirális alakú nyomvonal ( a bump-ok) közepére fókuszált lézersugártól balra és jobbra egyegy segéd lézersugár is található. Ha az olvasófej nyomvonal követése helyes, akkor a hat-nyolc fotodiódából álló olvasófej az oldalsugarak jeleit egyformának érzékeli. A nyomvonaltartást (sávtartást) szervorendszerrel oldják meg. A CD meghajtó felépítése: A lézerdióda és a fotódetektor elektronikája egy kocsin (laser pickup) helyezkedik el, a szükséges optikával és fókuszáló szervomechanikával együtt. Ezt a kocsit egy sávkövető szervomechanika mozgatja lineárisan a lemez középpontjától kifelé, sugárirányban a lemez síkjával párhuzamosan. A CD-DA fordulatszámát az olvasás helyétől függően változtatni kell (belülről…kifelé; 500…200 fordulat/perc), hogy az olvasófej állandó kerületi sebességen olvasson. Kiolvasáskor a forgatott CD lemez felületére a bump-ok által kijelölt nyomvonal mentén, egy optikán keresztül a kisméretű lézerdióda fókuszált bitolvasó lézersugarát irányítjuk, detektáljuk a visszavert fényt, majd feldolgozzuk a kapott digitális (0 vagy 1) információt. Amennyiben szükséges (pl. CD lemez hallgatásához) a digitális információt digital-analóg konverter (DAC) segítségével analóg jellé alakítjuk. A CD mint optikai tároló az 1980-as évek közepétől forradalmasította a számítástechnika adattárolását. CD-ROM = a Yellow book szabvány (1984) A Philips és Sony dolgozta ki a CD-ROM (Compact Disc Read Only Memory) szabványát. 1985-ban elkészült a CD-ROM file struktúrája. Többféle CD-ROM formátum alakult ki. Ezek közül a legelterjedtebb az ISO 9660 szabvány szerinti CD-ROM. Ez programok, szövegek, rajzok, képek, hangok stb. tárolására alkalmas
A CD-ROM lemezek kapacitása: átmérő 120 mm-es lemez kapacitása: 650…700 Mbyte átmérő 80 mm-es lemez kapacitása: 210…220 Mbyte (Az utóbbiakat az mp3 zenejátszók és a digitális videokamerák használják). A CD-ROM gyártástechnológiája: 1. Premastering: a CD-ROM-on tárolandó információt feldolgozzák a mesterlemez által megkövetelt formátumban, digitális adathordozón (pl. CD-R lemezen, U-Matic szalagon stb.). 2. Mastering: üveglemezen a szubmikronos struktúra kialakítása (az üveglemezre felvitt fényérzékeny rétegen lézernyalábbal kialakítják a pit-eket). 3. Electroforming: több lépéses galvanizálással előállítják Ni rétegből a nyomólemezt. 4. Préselés (CD pressing): a fröcssöntött 1,2 mm vastagságú polikarbonát korong egyik oldalán előállítják a mintázatot (bump-okat). 5. Reflektáló réteg (pl. Al) gőzölése majd ezt követően akril védőréteg felvitele és kikeményítése a korongon. 6. Feliratozás (pl. szitanyomtatás) és csomagolás. Foto-CD = a Green Book szabvány (1990) Több típusa nem terjedt el. A Kodak és a a Philips dolgozta ki 1990-ben a Foto-CD-t. A cél normál fényképezési technikával felvett képek rögzítése a Foto CD-n különféle felbontásban. Foto-CD lejátszóval a képek TV készüléken vagy CD meghajtó segítségével a számítógépes monitoron nézhetők és szerkeszthetők. A Foto-CD-n 6 féle felbontásban tárolhatók a képek: 128x192 1024x1536 (HDTV) 256x384 2048x3072 512x768 (TV) 4096x6144 A foto-CD file-ok kiterjesztése .pcd CD-R = az Orange Book II-III szabvány (1989) Többek között ez tartalmazza a CD-R (Compact Disc Recordable) specifikációját. Az irható rész több szekciós (multisession) lehet. Minden egyes szekció a következő három részből áll: • tartalomjegyzék (TOC= Table of Contents), • információ, • kifutó rész (kb. 1 mm szélességű). A CD-R valamennyi CD-formátumban (Red Book, Yellow Book, Green Book, White Book szerint specifikált) és kódolási eljárással irható. Az előre gyártott CD-R lemezre CDíró segítségével felírható a választott CD formátumú információ. A CD-R felületén (azon amelyikre felvitelre kerül az információ tároló réteg) 0,11 µm mélységű barázdákat (groove) alakítanak ki - a lemez fröccsöntésekor - és ezzel kijelölik a spirálpálya (track) helyét.
A CD-R írásához tudni kell: az információs terület határait, milyen sebességgel forog a CD lemez, milyen az optimális írási lézerteljesítmény (mivel a gyártók információ tároló rétegként másmás anyagot használnak), pithosszúságot stb. A szükséges információkat a lemez hordozza az ATIP (Absolute Time in Pregroove) segítségével. A barázda fala nem sima hanem sinushullámmal modulált alakú. Ebből olvashatók ki (a segéd lézersugárral lásd 7.oldal) a fenti és még további információk. A CD-RW lemezek csak az információt hordozó réteg anyagában térnek el a CD-R lemezektől. Az amorf részek 4..18 mW-os lézerfénnyel való melegítés hatására újra kristályosodnak. Tehát a lemezre rögzített információ törölhető. Videó-CD = a White Book szabvány (1993) Többek között ide tartozik a Videó-CD, amelynek szabványát a Philips, JVC, Sony és Matsushita dolgozta ki. A Videó-CD-n MPEG-1 audio/videó tömörítést alkalmaznak. (MPEG= Moving Picture Image Coding Expert Group). Egy 120 mm-es átmérőjű lemezen 70…80 perces VHS minőségű videó film tárolható. Adatáramlási sebessége 1,41 Mbit/s. DVD = a Book A szabvány (1996) A Philips, Sony, Matsushita és Toshiba cégek megfogalmazták az új optikai médiával DVDvel (Digital Video Disc vagy újabb jobb elnevezése Digital Versatile Disc) szemben támasztott legfontosabb követelmények: • egy teljes játékfilm (142 perc) elférjen a lemezen; másolásvédelem, • szinkronizálásra 8 db csatorna legyen; többnyelvű (32 db) feliratozás, • MPEG-2 tömörítés legyen, kompatibilitás a CD-kkel, • digitális sokcsatornás hang (dolby digital surround), • a szoftverek is tárolhatók legyenek a lemezen. A DVD lemezeknek ugyan az a működési elve mint a CD-knek. A DVD-nél azonban célul tűzték ki az információ tárolási kapacitás jelentős, 4,7 gigabájtra való növelését. Ezt a célt a bump-ok méreteinek és az archimedesi spirálpálya menetemelkedésé- nek a csökkentésével érték el. Természetesen ez magával hozta, hogy az olvasó lézersugár hullámhosszát is csökkenteni kellett 640 nm-re. Napjainkban legelterjedtebben az egyoldalas, egyrétegű 4,7 GByte kapacitású lemezeket használják. A DVD lemez két darab 0,6 mm vastagságú összeragasztott korong. Így az adattároló réteg(ek) a lemez közepén helyezkednek el. A DVD lemezek választéka:
Megjelentek az irható és az újraírható DVD lemezek és írók: • a Hitachi, Panasonic, Toshiba cégek DVD-RAM (4,7 GB), ezt jelenleg elsősorban adatmentési célokra használják, úgy alkalmazható mint egy merevlemez (a DVD lemez tokban helyezkedik el), • a Sony, Philips, Thomson, Yamaha, Ricoh és HP cégek DVD+RW (4,7 GB), • a Pioneer DVD-RW (a DVD és RW közötti + ill. – jel két eltérő technológiát jelent). A sokféle DVD formátum és az ezekhez tartozó különféle írók jelenleg igen kaotikussá teszik ezt a területet. Napjainkban eldőlni látszik a verseny a DVD+RW javára! 1x-es DVD sebesség 11,08 Mbit/s adatfolyam sebességet jelent, ami megfelel 9x-es CD sebességnek. Az újraírható DVD-RW vagy a DVD+RW (szabvány Book E 2001) lemezeken az információtároló réteg egy olyan anyagból van amelyik hő hatására megváltoztatja kristályszerkezetét (más lesz a törésmutatója és a fényvisszaverő képessége). Az anyagszerkezet fázisváltása reverzibilis. A PC-ben a CD meghajtót rövidesen felváltják a DVD meghajtó. Az újraírható DVD lemez nemsokára felváltják a videokazettát. Minek köszönhető a különféle CD lemezek sikere: • digitális adatrögzítés, • optikai (fizikai érintkezéstől mentes) leolvasás, • a hibajavító algoritmusok alkalmazhatósága, • hatalmas információ tárolási kapacitás, • saját eszközökkel is írhatók és olvashatók. Mit hoz a CD és DVD jövője? Blue-ray Disc a következő generációs, nagy kapacitású optikai adattároló: Kilenc vezető cég (Panasonic, Hitachi, LG Electronics, Pioneer, Philips, Samsung, Sharp, Sony és a Thomson) együttes kutatásainak eredményeként született meg a Blue-ray Disc. A szokásos méretű 120 mm átmérőjű, egyoldalas Blue-ray disc 27 GB adat felvételét, újraírását és lejátszását teszi lehetővé. Ezt a nagy adattároló kapacitást az által éri el, hogy az írólézer rövid hullámhosszú (405 nm) ibolyakék lézersugarat használ. A Blue-ray Disc sávtávolsága 320 nm ami kisebb mint a DVD lemezek sávtávolságának a fele. A Blue-ray Disc az MPEG-2 tömörítési technológiát alkalmazza, amely kompatíbilis a videofelvételre alkalmas digitális műsorokkal.
36. A felületi szereléstechnológia beültető gépei A felületi szereléstechnológia (SMT - Surface Mount Technology) elektronikai szerelési eljárás, amelynek alapelve, hogy az e célra kifejlesztett alkatrészek (SMD – Surface Mount Devices) kivezetői közvetlenül kapcsolatba kerülnek a hordozó felületén a befogadásukra kialakított érintkező felületekkel (pad-ekkel). Az állandó kapcsolat (kötés) forrasztással vagy az elektromosságot vezető ragasztással hozható létre. Jelenleg a szerelőlemezre ültetett alkatrészek 97 %-a SMD,míg a furatszereltek (THT – Through Hole Technology) mindössze 3%-ot tesznek ki. A beültetésnél az elsőrendű feladat az ütemes alkatrész-adagolás megoldása. Ennek alapja az alkatrészek rendezett csomagolása
Az alkatrésztárak választéka. 1.Szalagtár (tape pack). A 8…72 mm szélességű szalag műanyagból vagy papírból készül. Egyik oldalát a léptetésének megkönnyítésére perforációval látják el.A szalag süllyesztékeiben helyezkednek el az alkatrészek (3.000…15.000 db). A süllyesztékeket lefejthető műanyag fólia (cover strip) takarja. A szalagot orsón (átm. 178…381 mm) tárolják. A beültető gépen a szalagokat adagoló egységekbe (tape feeders) fűzik be. Ez az egység gondoskodik a takaró műanyag fólia szakaszos lefejtéséről és egyben a szalag léptetéséről. A feeder-ek cserélhetők és moduláris felépítésűek. 2. Rúdtár (stick magazines) A rúdtárak műanyag csövek. Az alkatrésszel megtöltött rúdtárakat olyan adagoló modulba (feeder-be) helyezik, amelyik lineáris vibrációt végezve továbbítja az alkatrészeket. A rúdtáraknak jelentős hiányossága, hogy kicsi a kapacitásuk. A rúdtárakba elsősorban tokozott IC-ket csomagolnak. 3. Tálcatár (tray pack) Ezeket kis rasztertávolságú (fine-pitch) és nagyméretű lapos tokoknál (flat pack) alkalmazzák. Mivel ezek viszonylag kevés alkatrészt tudnak tárolni, ezért a beültető gépeknél megoldják a tálcák automatikus cséréjét. A jobboldali ábrán látható módon a tálcacseréhez a tárakat egymás felett fiókszerűen tárolják. 4. Ömlesztett alkatrész tárolók (bulk case pack) Az ömlesztett alkatrészek tárolói szabványosított műanyag dobozok (egy ilyen dobozba pl. a 0603 méretkódú chip-ellenállásból 25.000 db fér el). Ömlesztve tárolni csak egyszerű kisméretű hasáb vagy henger alakú alkatrészeket lehet. Az alkatrésztároló dobozokat egy olyan adagoló modulba helyezik amelyik lineáris vibrációs mozgást végezve egy sínbe csúsztatva továbbítja az alkatrészeket. Az előzőekben bemutatott alkatrésztároló modulok (feeder-ek) szorosan egymás mellett helyezkednek el (pl. 12 db kettős -egyenként két darab 8 mm-es szalagtárat befogadó- feeder). Az ábrán látható módon egy kocsi segítségével egyszerre cserélhetők (egy beültető gép akár több ilyen egységet is tartalmazhat). Ez a megoldás leegyszerűsíti a beültető gépeken a gyártmánycserét. Az alkatrész-beültető gépek típusai: 1.kézi alkatrész-beültető gépek: a tárakból az alkatrészek felvétele majd ezek beültetése a szerelőlemezbe egyesével kézi működtetéssel végezhető, 2.pick-and-place gépek: az alkatrészeket a tárakból egyenként felvevő (pick) majd azokat a szerelőlemezre egyenként beültető (place) programvezérelt automaták, 3.collect-and-place gépek: olyan alkatrészfelvevő és egyben alkatrész-beültető egységgel rendelkező programvezérelt automaták, amelyek a tárakból egy lépésben 6…12 db alkatrészt képesek felvenni (collect), majd azokat a szerelőlemezre egymás után beültetni (place).
Kézi alkatrész-beültető gépek Ezek prototípusok vagy kissorozatú gyártásra alkalmas berendezések. Az SMD-ket az ábrán látható módon szalagtárak és egy forgatható karusszel rekeszei (48 db) tárolják. Az alkatrészfelvevő fej úgy működik, hogy a cső alakú szívófejet rányomva az alkatrész felületére, az elmozdulás hatására nyit egy axiális szelep, vákuum lesz a csőben, ami megfogja az alkatrészt. A szívófejjel megfogott alkatrész a fej vezetékein kézi X és Y irányú elmozdítással és a fej elforgatásával beültetési pozícióba állítható. Az alkatrész beültetésekor a felvételi folyamat fordítva játszódik le. Ezeknek a gépeknek kb 100 alk/óra a termelékenységük. A kézi működtetésű gépeknél mindig reális hibaforrás a rossz alkatrész pozicionálás és ennek hatására fellépő forrasztási hibák. A pick-and-place automata alkatrész-beültető gépek Az ábrán látható módon az álló helyzetű nyh lemez két oldalán helyezkednek el az alkatrésztárak. A vákuumos SMD szívófejre szerelt 4 db mozgó kar végzi el az alkatrészek mechanikus központosítását. A fej az előre programozott X-Y irányú elmozdulásával és forgó mozgásával megfelelő pozícióba állítja az alkatrészt a beültetési művelet előtt. Hibája a rendszernek, hogy csak a hasáb és henger alakú alkatrészek központosíthatók a fenti módon.Teljesítményük 1.500 db SMD/óra. A korszerű pick-and-place berendezéseket ellátják olyan optikai egységgel, amely mechanikus érintkezés nélkül képes az SMD-knek (R és C chipek, SO IC, PLCC, CCC, BGA, flip-chip, QFP…) a szívófejen elfoglalt helyzetének mérésére és ennek ismeretében a beültetési koordináták változtatására . Az SMD felvétele után a szívófej az optikai helyzet-meghatározó egység fölé viszi az alkatrészt bemérés céljából. Az ábrán látható módon az optikai egység három szintről világítja meg alulról az alkatrészt. A visszavert fényt érzékeli az alul elhelyezkedő CCD kamera. Minden egyes megvilágító egység 256 féle intenzitásra programozható (alkatrészkönyvtári adat). A módszer használható bump-al ellátott alkatrészeknél (flip-chip, CSP, µBGA) is. Az egyfejes, optikai helyzet-meghatározóval rendelkező beültető automaták teljesítménye 1500…1800 alk/óra. A Siemens gép műszaki adatai flip-chip IC-k beültetése esetén: a helyezés pontossága = 30 µm (3σ), a flip-chip mérete lehet: 1x1 mm… 20x20 mm, min. bump átmérő: 80 µm, min. bump raszterosztás távolság (pitch): 140 µm. Az optikai úton meghatározott SMD szöghibáját a forgatható (felbontása 0,005°) pick-andplace fej megszünteti (± 0,052° / 3σ).
A collect-and-place automata alkatrész-beültető gépek A collect-and-place beültető fejek több önállóan működtethető szívófejből épülnek fel. Egy lehetséges megoldás az amikor ezeket a fejeket egy sorba egymás mellé helyezik el (pl. MYDATA cég). A beültető gép úgy működik, hogy a fej először a feeder-ek fölé mozog, ahol minden egyes szívófej felemel egy-egy alkatrészt.Ezt követően a beültető fej az nyh lemez fölé megy ahol a szívófejek sorban az ábrán szemléltetett módon beültetik az alkatrészeket. A fenti beültető gépek természetesen elláthatók a szívófejek által felvett SMD-k helyzetét meghatározó, pl. a már ismertetett érintkezésmentes optikai egységgel. A 8 szívófejes MYDATA beültető gép teljesítménye 21.000 alk/óra , míg beültetési pontossága ± 15 µm (3σ). A szívófejeket a gép az alkatrészek méretéhez igazítva cseréli. A collect-and-place beültető automatáknál az önállóan működtethető szívófejek az ábrán látható módon egy revolver fejbe sugarasan (12 db) is beépíthetők. Az egyes szívófejek sugaras elmozdulásra képesek (SMD-k felemelése vagy beültetése), illetve tengelyük mentén elfordulhatnak (az SMD-k szöghibájának javítása). A revolver beültető fej részét képezi a szívófejeken rögzített minden egyes SMD-nek az ideális helyzetétől eltérő pozícióhibákat (∆x, ∆y, ∆φ) meghatározó optikai egység. A ∆φ szöghibát a mérést követően az egyes fejek a szükséges elfordulással automatikusan korrigálják. A revolver fej szívófejei a felvételre kerülő alkatrész méretéhez (tömegéhez) igazítva automatikusan cserélődnek. A collect-and-place típusú revolverfejes automata alkatrész-beültető gépeknél mindig párosával használják a fejeket. Az alkatrész beültetési művelet közben a szerelőlemez és a feeder-ek álló helyzetben vannak. Míg az egyik fej felszedi a szívófejeire az SMD-ket addig a másik revolverfej alkatrész-beültetést végez. Ezeknek a gépeknek a teljesítménye 20.000 db SMD/óra. Négy revolverfejes automata gépekkel elérik az 50.000 db SMD/óra alkatrész beültetési teljesítményt. Ennek a beültető gépnek néhány műszaki adata: a szerelhető nyh lemezek mérettartománya = 50x50…368x460 mm; a beültethető alkatrész választék = 0201 chip….18,7x18,7 mm-ig; a beültetés szögpontossága = ±0,525° /3σ; az alkatrészek helyezési pontossága = ±67,5 µm / 3σ. A pick-and-place és a collect-and-place típusú beültető fejeket együtt is lehet alkalmazni a beültető automatákban. Ezt a megoldást akkor célszerű alkalmazni, ha a pick-and-place beültető fejek nagyobb helyezési pontosságát és a collect-and-place fejek gyorsaságát szeretnénk kihasználni (lásd a következő oldalt).
Az nyh lemez és az SMD-k optikai helyzetmeghatározása Az ábrán egy pick-and-place és egy collect-and-place rendszerű fejjel rendelkező programvezérelt beültető gép látható.A blokkvázlat a nyh lemezt pozícióba állító és a szívófejen vákuumos megfogással rögzített alkatrészek optikai mérőrendszerét mutatja be. A ∆φ szöghibákat a szívófejek elforgatásával, míg a ∆x, ∆y mérethibákat az alkatrész beültetési koordináták korrekciójával lehet megszüntetni. Az SMD kivezetők síkbeli helyzetének mérése Sok kötési (forrasztási) hiba kiinduló pontja, hogy a beültetendő alkatrészek lemezalakú kivezetői nem fekszenek egy síkban. A beültető gépeket felszerelik olyan egységgel ami lehetővé teszi a fenti hiba kiszűrését. Az egyik gyakran alkalmazott mérési eljárásnál a szívófejre vákuumos megfogással rögzített alkatrészt -síkban tartva- a kivezetőit átvontatják egy álló lézersugár felett és mérik a visszaverődött lézerfényt. Felületszerelt áramkörök automata gyártósora
37. Polimerek mikroelektronikai alkalmazásai Polimer szereléstechnológiai anyagok Polimerek alkalmazása az elektronikában:
Az elektronikában használatos ragasztók Ragasztók = műgyanta (resin) és az abban szuszpendált töltőanyag (filler). Alaptípusok: vezető (elektr. vezető polimer), szigetelő. A ragasztók kivitele szerint: paszta, film. Vezetőragasztók a vezetési tulajdonságok alapján: izotróp (minden irányban vezet), anizotróp (csak a Z kitüntetett - a kontaktus felületekre merőleges irányban vezet).
Vezetőragasztók a műgyanta szerint: hőre keményedő (thermosetting), hőre lágyuló (thermoplastic), B-állapotú (B-stage). Vezetőragasztók az összetétel szerint: egykomponensű (a térhálósító csak magasabb hőmérsékleten működik), kétkomponensű. Az anizotrop ragasztók kivitele: paszta (ACP Anisotropically Conductive Paste), film (ACF Anisotropically Conductive Film).
IC chip-ek hátoldalának ragasztása A chip-and-wire technikában a chipek 90%-nak hátoldalát ragasztással rögzítik a pad-re. A chipragasztó szigetelő vagy vezető típusú. Az utóbbi esetben izotróp ragasztókat alkalmaznak (X,Y,Z irányú vezetés). A ragasztó epoxi vagy poliimid bázisú míg a használatos töltőanyag Ag, Au, Ni. A töltőanyag pehely (flake) alakú. A chiprögzítéshez általában ragasztó pasztákat használnak. A szigetelő ragasztók töltőanyagot (pl. a hővezetést javítót) tartalmaznak. SMD ragasztók Vegyes szerelésű (furat- és egyben felületszerelt) nyh lemezeknél az SMD-ket ragasztással rögzíteni kell a szerelőlemezre. A szigetelő ragasztók akrilát vagy epoxi gyanták. A ragasztók felvitele: diszpenzerrel vagy sablonnyomtatással. Az akrilátok kikeményedésükhöz UV-fényt (higanygőzlámpa UV fényét) és hőt (130…150 °C) egyaránt igényelnek. Tárolhatóságuk 20 °C-on 12 hónap. Diszpenzerrel a max. adagolási sebességük 0,4…0,6 s/pötty (dot). Az epoxi hőre (100…150 °C-on) keményedik ki. Jobb a ragasztási szilárdsága mint az akriláté. Hátrányuk viszont, hogy ezeket az anyagokat hűtve (2…8 °C-on) kell tárolni és nagysebességű adagolásnál nagy a nemkívánatos szálképződés veszélye. Diszpenzerrel a max adagolási sebességük 0,15…0,2 s/pötty (dot).
Izotróp vezető ragasztók Ezek műgyantába (pl. epoxi vagy poliimid) kevert ezüst, arany vagy nikkel szemcsékből állnak. A tér minden irányában vezetik az elektromos áramot.Az izotróp ragasztók 140…150 °C-on 30 s, 130 °C-on 60 s míg 90…120 °C-on 90…120 s időtartamú hőkezelést igényelnek Anizotróp vezető ragasztók Ezek általában műgyantába (pl. epoxi, poliimid) kevert, az elektromos áramot vezető gömböcskékből állnak.Ezek csak Z irányban vezetik az elektromos áramot.Kétféle kiviteli formában állnak endelkezésre: paszta vagy film. Az alábbi robbantott ábra flip-chip IC bekötésekor az anizotróp ragasztó film (ACF) elhelyezkedését mutatja be. Nyomás és hő hatására a folyékonnyá vált ragasztófelesleg kifolyik a hézagból. Az áramvezető gömböcskék beszorulnak a kontaktusfelületek (pad-ek) közé és azokat villamosan összekötik. Oldalirányban azonban nincs villamos vezetés.Az újfajta ragasztó filmekben a golyócskákat szabályosan, mátrixszerűen ágyazzák be. Kétrétegű anizotróp ragasztó film (double-layer ACF) Alkalmazásával az ACF-el bekötött alkatrészek kontaktus felületei között a rövidzárak előfordulási valószínűsége jelentősen lecsökken a következő módon: - az anizotróp ragasztó filmet vezetőszemcséket nem tartalmazó műanyag réteggel borítják, - a chip beültetésekor a felületére gyakorolt nyomás és hőközlés hatására ez a műanyag réteg megömlik és kitölti a kontaktus felületek közötti hézagot, - a vezető gömböcskék a már ismert módon beszorulnak a kontaktusfelületek közé.
A ragasztás összehasonlítása a forrasztással A ragasztás előnyei: - kisebb hőmérséklet (25…150°C) éri az alkatrészt, - hőre érzékeny (nem forrasztható) alkatrészek is beköthetők, - rövid ideig nagy hőterhelést is elviselnek (pl. termokompressziós kötés), - nagy a ragasztóanyag választék, - kisebb pad raszterosztás távolság valósítható meg, . - ólommentes a ragasztó, - nem igényel utólagos tisztítást
A ragasztás hátrányai: - elektromos és hővezető képessége kisebb mint a forraszé, - gyengébb a kötési szilárdság, - természetes öregedés játszódik le benne, - tartós hő hatására elbomlik, - nem zár tökéletesen nedvességgel szemben, - korrodáló vegyi anyagok szabadulhatnak fel, - a kötés bontása (többnyire) csak roncsolással lehetséges. Ragasztó paszta felvitele stencil nyomtatással A stencil anyaga egy keretre kifeszített hajlékony műanyag fólia (v = 250 µm) nyílásokkal.A ragasztó pöttyök magassága a stencil vastagságával, az apertúrák méretével és a stencil – hordozó távolságával (snap-off) állítható be. A v = 250 µm vastagságú stencillel 50…550 µm magasságú ragasztó pöttyök (dots-ok) állíthatók elő. A legkisebb pötty átmérő 200 µm. A nyomtatókés (rákel) műanyag lemez.
Az IC chip-ek védelme polimerbe ágyazással A chip-and-wire technikával beültetett chipek helyi védelmét műgyantába ágyazással oldják meg. A műgyanta (pl. epoxi) tisztított, oldószer nélküli, egykomponensű viszkózus folyadék. A kb. 90 °C-ra felmelegített chipre diszpenzerrel viszik fel a védő (tokozó) anyagot. A felmelegített chip révén csökken a műgyanta viszkozitása és kilépnek a gyantából a légbuborékok. Kétféle felhordási technika használatos: gát + kitöltés (dam-and-fill): a chip köré műgyanta gátat visznek fel, majd a létrehozott keretet kitöltik lecseppentés (globe-top): a diszpenzerrel kis viszkozitású műgyantát nyomnak a chipre A flip-chip és a hordozó közötti rés kitöltése 1. A 80-90 °C-ra felmelegített hordozóra beültetett flipchip mellé tűs adagolóval műgyantát visznek fel. 2. A pad-ekre műgyanta felvitele majd a flip-chip bekötése (no-flow eljárás) műgyanta felhordása (fluxot is tartalmaz), flip-chip beültetése, flip-chip beforrasztása és a gyanta kikeményítése (egy lépésben!)
Hővezető ragasztók Az nyh lemezre szerelt nagy hőtermelő alkatrészeket hűtőbordával kell ellátni.A hűtőbordákat az IC tokjára mechanikai rögzítő-elemekkel, hővezető paszta és szigetelő alátét felhasználásával szerelik fel. Ezeket helyettesítheti a vezető ragasztó. A hővezető ragasztók kiválóan tapadnak, nagy a hővezető képességük (0,7…15 W/mK), és igen jól szigetelnek (6x…10 x1013 ohm-cm). Térhálósításuk 140…150 °C-on 10…20 percet vesz igénybe. Összetételük: műgyanta + jó hővezető-képességű töltőanyag (Si , Al2O3 , AlN , bórnitrid). A hővezető ragasztókat paszta vagy hordozó nélküli fóliaként (v= 50…250 µm) forgalmazzák. A szitanyomtatható pasztákba 125 µm átmérőjű üveg-golyókat kevernek a kívánt ragasztó vastagság elérésére. Hővezető-képességük töltőanyagonként: Si 0,7 W/mK , Al2O3 3,5 W/mK AlN 5,6 W/mK, Bórnitrid 15 W/mK
BME-ETT kunterbunte slideok to grayscale printable version convert by Bagojfalvi Bagoj 2004-01-11
