9. A furatba, illetve a felületre szerelhető alkatrészek megjelenési formái és típusai. A diszkrét alkatrészek csoportjai: • Szerelhetőség szerint: – furatszerelt alkatrészek – felületszerelt alkatrészek – chip és chipméretű alkatrészek • Funkció szerint: – aktív alkatrészek: erősítik a villamos jelet, tápenergiát igényelnek, általában félvezető alapúak, – passzív alkatrészek: átalakítják a villamos jelet, tápenergiát nem igényelnek. A furatszerelt alkatrészek fajtái
A legjellegzetesebb furatszerelt alkatrész: a műanyag-tokozású, dual-in-line integrált áramkör:
A furatszerelt alkatrészek kiszerelési (csomagolási) módjai:
Felületszerelt vastagréteg chip-ellenállás felépítése
Többrétegű kerámia chip-kondenzátor felépítése
SO (small outline) tokozású alkatrészek felépítése: Az SO és a DIL (dual-in-line) tokozású félvezető alkatrészek belső felépítése megegyezik: a chipet szalagkivezető keretre forrasztják, a kivezetésekhez huzalkötéssel csatlakoznak, fröccssajtolással tokoznak.
Az SO (small outline) tokozású IC-k felépítése:
Finom raszterosztású IC tokok Típus: QFP (Quad Flat Pack) Ennél a tokozási konstrukciónál a nagyszámú (40…500db) kivezető a tok négy oldalán helyezkedik el. A kivezetők rasztertávolsága min. 0,3 mm. Integrált áramkörök különböző típusú tokozása SOIC Small outline integrated circuit Kis kerületű IC PLCC Plastic leaded chip carrier Műanyag, kivezetőzött CC LCCC Leadless ceramic chip carrier Kivezető nélküli kerámia CC
FC-PBGA (Flip Chip - Plastic Ball Grid Array) típusú felületszerelt alkatrész keresztmetszete
Felületszerelt alkatrészek kiszerelése, tárolása
PLCC
10. A chipek és chipméretű alkatrészek típusai és beültetési módjai. 1. Chip: közvetlen ráragasztása a hordozóra és bekötése huzallal 2. TAB (Tape Automated Bonding): szalagra szerelt fóliakivezetős chip, könnyen automatizálható bekötés 3. Flip chip: a kivezető felületeken „bump”-ok, fordított helyzetű bekötés 4. CSP: az „interposer” szétosztja a kivezetéseket a teljes felületre Chip-and-wire: mikrohuzalkötéssel bekötött chipek
A szokásos és az ultra-fine golyós huzalkötés
A termokompressziós kötés folyamata
A TAB (Tape Automated Bonding) tokozás szerkezete
A TAB IC-k technológiája A TAB olyan kötési technológia, amelynek során a hajlékony műanyag szalagon maratással kialakított kivezetésekre ráültetik az IC chipet A TAB IC-k gyártástechnológiája: 1. Poliimid szalag szélén filmperforációkat, míg a közepén a chip részére ablakot vágnak ki, és ezekre ráültetik az IC chipet 2. A szalagra Cu fóliát ragasztanak fel 3. Fotolitográfia és a Cu fólia maratása 4. A chip beszerelése
Chip bekötése alulról egy lépésben, pl. bump technikával. Rasztertávolság: 0,15… 0,6 mm A kivezetések darabszáma: 24…400
ILB (Inner Lead Bonding): A chip kötési felületeinek összekötése a szalag-vezetékkel A leggyakrabban alkalmazott eljárás a bump technika:
TAB (szalagon tárolt) chipek beültetési folyamata
A flip chip technológia A flip-chipek (hagyományos értelemben véve) tokozatlan IC-k. Ezeket a chipeket aktív felületükkel a hordozó felé (face down) ültetjük rá a szerelőlemezre. A chip kontaktus felületein (pad-jein) vezető anyagból készített bump-ok (dudorok) állnak ki. A flip-chipek bekötése a hordozón (szerelőlemezen) kialakított kontaktus felületek és a bump-ok villamos összekötését és egyben mechanikus rögzítését jelenti. A bumpok készítése a Si szelet felületére UBM = Under Bump Metalization A chip pad-jeire vékonyréteg szerkezetet visznek fel. Az UBM rétegszerkezete: • tapadó réteg (Cr, Ti, …), • elválasztó réteg (Cu, Pd, Ni), • köthető réteg (Ag, Au). A bump-ok anyagválasztéka: • forrasz, • vezető ragasztó, • nyomásra deformálódó fém. Forrasz bumpok alkalmazása 95Pb5Sn
op. 315°C
- FR4
hordozónál nem alkalmazható, - lágy így felveszi a mechanikai feszültséget. Ha csökkentjük a Pb tartalmat akkor csökken az op., de a kötés merevvé válik. Ezért a forrasz olvadása után kismértékben megemelik a chip-et. 90Pb10Sn op. 297 °C 50Pb50In op. 220 °C 37Pb63Sn op. 183 °C Forraszpasztából készített bump technológiája 1. Pad 2. UBM rétegek felvitele 3. Forraszpaszta felvitele 4. Forraszpaszta megömlesztése
Chip Scale Packaging (CSP) - chipméretű tokozás
A kivezetéseket újraelosztó réteg megvalósítása
Flip Chip CSP keresztmetszete
11. A nyomtatott huzalozású lemezek fajtái és anyagai. Elektrokémiai és árammentes rétegfelviteli eljárások. Nyomtatott huzalozás: •műgyanta alapú szigetelő lemezen (fólián, felületen) kialakított huzalozás •a vezető réteg általában réz Funkciók: •az alkatrész-kivezetők közötti elektromos kapcsolat létrehozása •az alkatrészek mechanikai rögzítése Hordozó (alapanyag): •rézfóliával borított, vázanyaggal erősített műgyanta Cu réteg: 17, 35, 70, (105) mm Hordozó (v): 0,2….3,2 mm
Nyomtatott huzalozások hordozóinak alapanyagai Merev Vázanyag Műgyanta papír fenol üvegszövet epoxi üvegpaplan poliimid poliaramid PTFE fém
Flexibilis poliészter poliimid (PTFE)
Nyomtatott huzalozások jellemzői: •vezető síkok elhelyezkedése (egy- és kétoldalas, többrétegű, háromdimenziós) •mechanikai tulajdonságok (merev, flexibilis, kombinált) •csatlakozók kialakítása (közvetlen, közvetett) •rajzolatfinomság (normál, finom, igen finom) •gyártástechnológia (szubsztraktív, additív, féladditív) •furatfémezett
Rajzolatfinomság
Nyomtatott huzalozások hordozóinak tulajdonságai
Vezető síkok elhelyezkedése
Furatfémezés célja: •elektromos összeköttetés az egyes vezető síkok között •megbízhatóbb forrasztott kötések furatszerelt alkatrészek alkalmazásakor
Alaptechnológiai eljárások
Elektrokémiai és árammentes rétegfelviteli eljárások
Mechanikai technológiák - darabolás - fúrás - csiszolás (sorja eltávolítás) - kontúrmegmunkálás Kémiai technológiák - tisztítás (zsírtalanítás, maratás, oxideltávolítás) - rétegfelvitel (elektrokémiai, árammentes) - rétegeltávolítás (maratás) - felületkezelés - öblítés Rajzolatkialakítási technológiák - szitanyomtatás - fotoreziszt technológia (fotolitográfia)
12. A nyomtatott huzalozású lemezek technológiai változatai. Az egyoldalas lemezek technológiája. Nyomtatott huzalozású lemezek előállítása additív technológiával. Gyártástechnológiai változatok: • szubtraktív technológia A kiinduló alapanyag egy vagy kétoldalon rézfóliával borított szigetelőlemez, amelynek előre meghatározott felületeiről (ahol a huzalozás rétegre nincs szükség) a fémborítást - általában kémiai maratással - eltávolítják. A vezető réteg jobb tapadása, az alámaródás következtében korlátozott rajzolatfinomság • additív technológia A szigetelőlemez (hordozó) felületére a fém vezetősávokat a kívánt geometriában ( a maszk által szabadon hagyott helyekre) viszik fel. Finomabb rajzolat, gyengébb tapadás • féladditív technológia A fenti két eljárás előnyeinek egyesítése (ld. 13. tétel)
Az egyoldalas nyomtatott huzalozású lemezek technológiája I.
Az egyoldalas nyomtatott huzalozású lemezek technológiája II. A forraszthatóság javítása érdekében: • tűzi „ónozás” (eutektikus Sn/Pb bevonat) • árammentes Ni + Au bevonat • árammentes Sn • (árammentes Ag) • organikus bevonatok
BME-ETT kunterbunte slideok to grayscale printable version convert by Bagojfalvi Bagoj 2004-01-11
