CCP

Cursul 13/2018-2019

2

Alte metode de realizare a

interconectărilor în electronică

• Cablaje cu fire

• Wire-wrapping

• Multiwire

• 3D-MID

În primele aparate electronice de la începutul

secolului XX, până la generalizarea PCB, cca.

anul 1950, componentele se fixau pe un suport

(şasiu), izolant sau metalic, cu cleme, şuruburi,

piuliţe etc. Legăturile dintre terminale se

executau cu fire izolate sau neizolate; unele

componente se montau direct între terminalele

unor socluri sau unor alte componente cu

dimensiuni mai mari. Datorită dezavantajelor

evidente, acest procedeu nu mai este folosit azi

în producţia electronică.

Tehnologii de cablare cu fire

4

5

Un progres s-a înregistrat prin folosirea plăcilor şi regletelor din materiale

izolante (textolit, pertinax, ceramică) pe care se montează prin încastrare sau

capsare, capse, cose, sau cleme metalice folosite pentru contacte electrice.

Piesele se montează prin lipirea terminalelor pe contacte iar conexiunile se

realizează direct între terminale sau cu fire.

Montajele astfel realizate, sunt ceva mai ordonate, au răcirea bună, o bună

rezistenţă mecanică şi fiabilitate crescută. Din aceste motive, procedeul este şi

azi folosit în circuite care lucrează la tensiuni mari şi/sau necesită răcire bună.

Reglete izolante cu cose, capse şi cleme de

contact şi 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

realizează din cupru electrotehnic, cu mare puritate (peste

99,5%). De regulă, după tragerea în fire se procedează la o

recoacere care face metalul ductil (moale) şi îi reduce

rezistivitatea (ρ ≈ 0,0172·10-6 Ωm). Pentru unele utilizări (de ex.

pentru wrapping) se foloseşte cupru tras la rece (fără recoacere),

mai elastic, cu rezistivitate ceva mai mare (ρ ≈ 0,0178·10-6 Ωm).

Conductoare din alte metale (Au, Ag, ...) se folosesc în circuite

integrate şi foarte rar în alte aplicaţii. In schimb, adesea

conductoarele din cupru sunt metalizate, prin acoperire cu o

peliculă subţire din metal greu oxidabil (Ag, Au, ...) sau cu oxid cu

ρ mică (Sn) şi care favorizează lipirea (Ag, Sn).

Tehnologii de cablare cu fire (cablaje cu fire)

Conductoare și inductoare

Conductor emailat – forme de livrareInductor (bobină) toroidal(ă) cu

conductor din cupru emailat

Inductor (bobină)

cilindric(ă) cu conductor

din cupru emailat

Înfăşurări 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 mică) sau tras la

rece (mai elastic, cu rezistivitate ceva mai mare). Conductoarele

masive au flexibilitate redusă şi nu suportă îndoiri sau răsuciri repetate.

Cablurile liţate, sunt formate din mai multe fire (3 ...15 fire, Φ 0,1 ...

0,5mm) strânse în mănunchi şi uşor torsadate. De regulă sunt izolate (în

trecut cu bumbac, dar în prezent numai în plastic) şi pot fi cu un

mănunchi sau mai multe, metalizate sau nu. Aceste conductoare au

flexibilitate mai bună şi sunt folosite pentru conectarea pieselor mobile.

Cablurile bifilare, trifilare sau multifilare, constau din mai multe

conductoare, de regulă liţate, puse în paralel şi izolate în ansamblu sau

cu izolaţiile lipite, formând cabluri rotunde sau tip panglică.

Tipuri de izolaţieIzolaţia cablurilor filare se realizează cu: peliculă de email, cu ţesătură

impregnată (sau nu) și cu materiale plastice.

Cablurile izolate cu email (pelicule de 8 – 50μm) se folosesc pentru

bobinajele transformatoarelor şi maşinilor electrice, ale bobinelor releelor

etc.; câteva dintre cele mai utilizate emailuri şi unele proprietăţi apar în

tabelul următor.

Tip email Proprietăţi Utilizări Observaţii

Polivinilacetalic Bune însuşiri electrice

până la 100 – 120°C. Bună

rezistenţă mecanică şi la

solvenţi. Bună elasticitate.

Conductoare de

bobinaj pentru

maşini electrice,

bobine etc.

Circa 50% din

producţia de

conductoare

emailate

Poliuretanic Însuşiri electrice bune şi la

frecvenţe mari. Bună

rezistenţă la solvenţi şi

umezeală. Se pot folosi

până la ≈120°C

Bobine de RF.

Motoare mici, bobine

pentru relee

Lipire posibilă fără

îndepărtarea

prealabilă a

emailului

Poliesteric Însuşiri electrice,

mecanice şi termice bune.

Atacat de unii solvenţi

Bobine, relee,

motoare de calitate

Rezistă până la

155ºC

Metode de interconectare alternative la

lipirea componentelor

Procedeul wire-wrap

Cablare cu fire aplicat pe scară largă în

jurul anilor 1965-1970 şi utilizat şi în

prezent, este cel numit wire-wrap

(wrapping).

Procedeul foloseste pini pentru wrapping

încastraţi în suport izolant, pe care se

înfăşoară strâns conductorul de

conexiune

Pinii sunt din metal elastic (bronz fosforos,

alamă, oţel, ...) acoperiţi cu aur, argint sau staniu,

cu secţiune pătrată şi cu muchii tăioase.

Conductorul care se înfăşoară pe pini este din

cupru tras la rece (pentru elasticitate) argintat

sau stanat (mai puţin recomandabil). Izolaţia

este din teflon (PTFE), Kynar (PVDF), PVC sau

Nylon, cu grosime mică (0,15 – 0,3mm).

Pentru a nu se rupe

cuprul la vibraţii, se

execută şi 0,5 ... 1,5

ture cu conductor

izolat

Conductorul este

înfăşurat foarte strâns pe

pin, cu o unealtă specială.

Muchiile crestează puţin

conductorul iar pinul este

puţin torsadat. Astfel,

apar forţe elastice care

asigură un contact foarte

bun şi fiabil (mult mai

fiabil decât contactul prin

lipire!). Pentru a nu se

rupe cuprul la vibraţii, se

execută şi 0,5 ... 1,5 ture

cu conductor izolat.

Pe un pin se pot conecta mai multe fire,

în funcţie de lungimea acestuia şi

grosimea firului. Pinii au latura de 0,5 ...

1mm, lungimea 15 ... 25mm şi sunt

plasaţi în ochiurile unei reţele cu pasul

2,54 ... 5,08mm (0,1 ... 0,2 inch) – o

densitate foarte bună de contacte pe cm2.

Calculatoare performante la timpul lor precum PDP8

(SUA) şi Felix C256 (România) au avut placa de bază

(motherboard) și plăcile fund de sertar (backpanel)

realizate prin wrapare. Calculatorul NASA, utilizat în

misiunile Apollo care au ajuns pe lună, a fost de

asemenea realizat prin wrapping!

Conform Wikipedia

http://en.wikipedia.org/wiki/Wire_wrap acest mod de a

realiza conexiunile, după impunerea SMT nu mai avea

aplicaţii industriale notabile. Metoda wire-wrap mai este

azi utilizată la realizarea prototipurilor, dar tinde să fie

înlocuită de plăcile „breadboard” (dar cu interconectări

relativ slabe si instabile) şi de circuitele imprimate

standard al căror preţ a scăzut semnificativ

Plăci pentru prototipuri prin wire-wrap (tip Augat)

PCB (PCI) multifilar (Multiwire PCB)

PCB multifilar: combină tehnologia PCB cu cea de cablare convenţională (cu cabluri (fire) clasice). Găurile de trecere metalizate sunt realizate după lipirea firelor electrice izolate.

Plăcile de interconectare multifilare (multiwire PCB) combină structuri dublu

strat sau structuri multistrat cu cabluri izolate încorporate într-un strat de

prepreg (ţesătură preimpregnată) laminat pe una din suprafeţele exterioare

ale plăcii. Diametrele firelor sunt de obicei în intervalul de 80-100 m, având

aceeaşi capacitate de încărcare în curent cu cea a traseelor de circuit

imprimat cu grosimea de 35 m şi late de 0,15 - 0,25 mm.

Firele sunt poziţionate înainte de întărirea stratul de prepreg şi de realizarea

găurilor. Deoarece sunt folosite fire izolate, se pot realiza cu uşurinţă

intersectări de trasee (crossover)

PCB multifilar (Multiwire PCB)

Exemple de structuri

Multiwire de la firma

Wirelaid

În cazul în care un fir se termină într-o gaură sau traversează o zonă cu

găuri, acesta va fi tăiat în timpul operaţiei de găurire, oferind o suprafaţă

de contact pentru interconectare prin viitoarea gaură metalizată. În acest

fel pot fi fabricate plăci cu înaltă densitate de interconectare, având o

flexibilitate mare în proiectare.

Avantajele structurilor “multiwire PCB” sunt:

- pot fi utilizate la plăcile cu densitate mare de componente;

- numărul de găuri de trecere poate fi redus.

PCB multifilar (Multiwire PCB)

a) layout-ul firelorb) foto circuit

3D MID (Molded Interconnection Devices)Interconectarea se realizează prin aplicarea cablajului pe suprafaţa dispozitivelor din material plastic.

• Metalizarea plasticului:

Depunere chimică de Cu

•Expunere:scriere directă cu laseraplicare a unei măști foto 3D

• Aplicare fotorezist:

Cablarea 3D poate înlocui câteva

componente mecanice, cum ar fi

butoane, întrerupătoare.

SMD

Plastic rezistent la şocuri,

exemplu: PEI=polieterimidă

Modul demonstrativ 3D-MID pentru

aplicaţii de comandă la ghidonul

unei motociclete

Exemplu de modul demonstrativ 3D-MID

Senzor auto “Adaptive Cruise Control”

(ACC), firma Continental Limitele actuale ale

rezoluţiei Sursa: LPKF

Exemple de circuite 3D MID

3D-MID poate înlocui

circuitele flexibile

Etapele tehnologice ale unui circuit 3D-MID

Activarea cu laser

Activarea materialului termoplastic se face prin fascicul laser. O reacţie

fizico-chimică creează în materialul plastic germeni (puncte/locuri active)

pentru viitoare depunere chimică (electro-less).

În plus faţă de activare, laserul formează o suprafaţă rugoasă pe care stratul

de cupru depus ulterior va avea o aderenţă bună.

Detalii ale procesului 3D-MID

Suprafaţa

după

structurare

a cu laser

Detalii ale procesului 3D-MID

(a) (b)

Variante ale

echipamentului

pentru plantarea

componentelor

la 3D-MID

a) cap mobil

translaţie şi

rotaţie pe toate

axele, substrat fix

b) substrat mobil,

cap cu o singură

axă de rotaţie

Echiparea cu componente

Multe materiale plastice care se pot activa cu laser (LCP, PA 6/6M sau

PBT/PET) rezistă la căldură şi pot fi utilizate într-un proces de lipire reflow

compatibil cu procesele SMT standard. Datorită structurii 3D, cu înălţimi şi

orientări diferite ale pastilelor, la aplicarea pastei de lipit, este însă dificil de

utilizat serigrafia, şi astfel trebuie utilizat procesul de dispensare din seringă.

În mod similar, plasarea componentelor trebuie realizată cu echipamente

dedicate, care să permită asamblarea tridimensională.

26

Procesul de asamblare a modulelor

electronice (contactare/lipire manuală,

în val, pe suprafață, mixte, laser,

“wirebonding”)

27

“Lipitură” (electrică) = Solder jointProfil termic

CAD CAE CAM

CAD: Computer Aided Design: IPC222x, IPC7351

CAE: Computer aided engineering

CAM: Computer aided Manufacturing

Schema electronică Modulul electronic

28

Cazuri posibile în asamblarea modulelor electronice

TIP 1 - cu montare pe o singură față a

componentelor electronice (Top - superioară)

A. Componente THD,

montare prin inserție

B. Componente SMD,

montare pe suprafață

C. Componente mixte

THD/SMD

29

Tip 2 - cu montare pe ambele fețe a componentelor

electronice (Top - superioară, Bottom - inferioară)

A. Componente THD, montare prin inserție pe ambele fețe

B. Componente SMD,

montare pe ambele suprafețe

C. Componente SMD cu

montare pe ambele

suprafețe și THD Top.

X, Y, Z. Componente SMD complexe

miniatură, componentă “chip-scale”

cu montare pe suprafață, COB

30

Care sunt constrângerile care impun tehnologia

optimă de contactare pentru asamblarea modulului

electronic

➢Faza de realizare: Studiu/model de laborator?

Model experimental?

Prototip?

Producție de serie?

➢Productivitatea cerută: bucăți/unitate de timp;

➢Tipul componentelor utilizate și modul lor de montare:

- dedicate cu/fără cerințe speciale privind contactarea;

- Standardizate THD/SMD;

➢Gradul de miniaturizare al componentelor utilizate;

➢Nivelul de fiabilitate impus funcție de utilizarea finală;

➢Corelarea tehnologiei de contactare cu condițiile tehnice impuse

pentru asamblarea produsului.

Ex: cu/fără transfer de căldură

31

PROCESUL DE CONTACTARE/LIPIRE

CU TRANSFER DE CĂLDURĂ

Lipirea este un procedeul de îmbinare la cald a pieselor

metalice, în care se foloseşte un metal de adaos, numit aliaj de

lipit, diferit de metalele de bază:

➢ Lipituri moi, când temperatura de topire a aliajului de lipit -

este mult inferioară faţă de a metalelor de bază, T < 400°C;

➢ Lipituri tari, când aliajul de lipit are temperatura de topire

comparabilă cu a metalelor de bază, T > 400°C.

Fabricarea pieselor, componentelor şi dispozitivelor electronice:

➢ lipituri moi & lipituri tari;

Interconectarea componentelor la asamblarea modulelor

electronice:

➢ lipituri moi.

32

Lipirea este condiţionată de o serie de procese fizico-

chimice care se petrec la contactul dintre aliajul de lipit

topit (în stare lichidă) şi metalele de bază (în stare

solidă).

Pentru realizarea lipirii este necesar ca aliajul de lipit

topit să umecteze metalele de bază, pentru a se crea

legături strânse între cele două materiale, cu consecinţa

apariţiei difuziei de atomi de aliaj în metalele de bază şi

a atomilor acestora în aliaj.

Umectarea metalelor de bază de către aliajul în stare

lichidă se datorează forţelor care apar la contactul dintre

picătura de aliaj în stare lichidă și metalul de bază.

Suprafaţa liberă a picăturii este perpendiculară pe forţa

rezultantă a acestor forţe.

33

Echilibrul forţelor în procesul de contactare

Fr = forţa rezultantă a

forţelor în echilibru la

contactul dintre

picătura de aliaj în

stare lichidă și metalul

de bază;

Fam = forța de

adeziune metal de

bază - aliaj lichid

Faf = forța de

adeziune aliaj – mediu

Fc = forța de coeziune

a aliajului în stare

lichidă.

34

σl - tensiunea

superficială al aliajului

în stare lichidă;

σls- tensiunea

superficială datorată

adeziunii aliaj lichid -

metal de bază solid;

σlg - tensiunea

superficială datorată

adeziunii lichid-gaz. La echilibru:

Condiții pentru o umectare corectă: σls > σlUmectarea bună este posibilă dacă suprafeţele metalelor şi

aliajului sunt perfect curate pe toată durata procesului de lipire.

35

Caz ideal: Contact bun = umectare bună a metalului de bază

= rezultanta Fr se apropie, ca direcție, de perpendiculara pe

metalul de bază.

Unghi limită de umectare sau unghi de contact (θ) =

înclinarea tangentei la suprafaţa picăturii egală cu unghiul dintre

Fr şi perpendiculara pe suprafaţa metalului de bază;

cosθ se numeşte coeficient de umectare.

Ambele mărimi reprezintă măsura gradului de umectare şi,

în consecinţă, reprezintă o primă apreciere a calităţii lipiturii.

Mediul în care se realizează procesul de contactare și care

înfășoară suprafața metalului de bază și a picăturii de aliaj în

stare topită este un amestec mixt lichid-gaz provenit din topirea

fluxului de lipire, gaze produse prin fierberea şi arderea fluxului şi

aer, respectiv azot , dacă contactarea se realizează în atmosferă

inertă – se caută eliminarea oxigenului din aer, care provoacă

oxidări.

36

Calitatea umezirii în raport cu unghiul de contact

Mediul în care se realizează procesul de contactare și care

înfășoară suprafețele metalului de bază și a picăturii de aliaj în

stare topită este un amestec mixt lichid-gaz provenit din

topirea fluxului de lipire, gaze produse prin fierberea şi

arderea fluxului şi aer, respectiv azot, dacă contactarea se

realizează în atmosferă inertă – se caută eliminarea

oxigenului din aer, care provoacă oxidări.

37

38

Fenomenul de capilaritateTensiunile superficiale, mai ales ale aliajului în stare lichidă şi

dintre metalele de bază şi aliajul lichid determinăexistenţa capilarităţii, fenomen deosebit de important la

lipirea pieselor electronice.

Datorită capilarităţii, aliajul topit pătrunde şi umple spaţiile

înguste dintre piese, asigurând lipirea numită adesea lipire

capilară.

Capilaritatea apare dacă interstiţiile sunt destul de mici (sub

0,25 mm) şi este favorizată de rugozităţile mici alesuprafeţelor, mai ales dacă sunt sub formă de canale (rizuri);

Pe suprafeţe lustruite capilaritatea este redusă, întinderea

slabă, din care motiv se recomandă ca suprafeţele, mai ales

de cupru, să aibă aspect „satinat” - asperităţi mici.

39

Fenomenul de capilaritate

OBS: Compușii IMC Cu3Sn și Ag3Sn sunt casanți. Creșterea

grosimii acestor straturi duce la reducerea rezistenței mecanice a

conexiunii.

40

Modificări în structura straturilor de compuși intermetalici

(IMC) funcție de perioada de menținere la temperaturi ridicate

Se observă:

➢Creșterea grosimii straturilor IMC – Cu3Sn, Cu6Sn5;

➢Apariția de noi compuși IMC – Ag3Sn.

41

CONTACTAREA PRIN LIPIRE

➢Tehnologie de contactare prin lipire cu transfer de căldură

Referințe: IPC-J-SDT-001, IPC-2221, IPC 2222, IPC 7351,

IPC-A-600, IPC-A-610

Domeniul de utilizare: Model experimental, prototip,

producție de serie mică, productivitate și grad de

miniaturizare reduse:

A. Cu transfer de căldură:

➢Permite contactarea componentelor standardizate THD/SMD și

dedicate cu/fără cerințe speciale privind asamblarea, dar având

un grad redus de miniaturizare: TIP1: A, B, C; TIP2: A;

➢Utilizată în cazul asamblărilor mixte (în completare):

TIP2: B, C;

➢Varianta de contactare manuală cu val selectiv dedicat:

”fântână de aliaj”.

42

CONTACTAREA PRIN LIPIRE (continuare)

B. Fără transfer de căldură: presupune utilizarea

adezivilor

C. Sudură ultrasonică (cu/fără transfer de căldură

auxiliar):

➢ Wire-bonding;

➢ Chip-on-board (COB).

Procesul de contactare/lipire

Etape:

➢ încălzirea metalelor de bază şi de adaos până la temperatura

de topire a aliajului (tta), timp în care se produce topirea fluxului,

întinderea acestuia şi îndepărtarea impurităţilor;

➢ topirea aliajului;

➢ continuarea încălzirii până la temperatura de lipire (tl > tta)

care se menţine un timp, în care au loc umezirea, întinderea

aliajului, umplerea interstiţiilor, dizolvarea metalelor de bază în

aliaj şi difuzia reciprocă a moleculelor;

➢ îndepărtarea sursei de căldură, răcirea metalelor şi

solidificarea aliajului.

43

La temperatura de lipire au loc şi procese fizico-chimice nedorite (reacţii, recristalizări etc.) care înrăutăţesc calitatea lipiturii. Este

necesar ca temperatura şi durata încălzirii (lipirii) să nu depă-şească valorile necesare.

Temperatura de lipire (tl) este întotdeauna superioară temperaturii

de topire completă a aliajului (tla), cu cel puţin 25 – 30ºC.

Procese în timpul

contactării/lipirii

44

Pistol de lipit

45

2. Cu funcţionare continuă (cu rezistenţă de încălzire).

2.1 Ciocanele de lipit cu rezistenţă de încălzire izolată în

ceramică sau folii de mica, alimentată direct de la reţea

(230V/50Hz). Nu sunt recomandabile pentru lucru în

electronică deoarece rezistenţa de izolaţie este redusă, mai

ales la temperatură mare. Ca urmare, carcasa şi vârful cioca-

nului, chiar legate la priza de pământ de protecţie, pot avea

tensiuni periculoase pentru multe componente electronice.

2.2 Staţia de lipire alimentată prin transformator

coborâtor sau numai de izolare compusă din transformator,

ansamblul ciocan de lipit prevăzut cu termoregulatoare (cu

magnet permanent sau cu senzor de temperatură),

subansamble de reglare / termostatare şi conductoarele

aferente.46

2.2.1 Ciocanele de lipit termoreglate cu magnet permanent. Pentru

menținerea constantă (1 – 5ºC) a temperaturii, vârful este montat în

contact cu un magnet permanent având punctul Curie la temperatura de

lipire (tCurie = tl). Cât timp t < tl, magnetul atrage o tijă din fier moale

şi se închide contactul de alimentare a rezistenţei; la t ≥ tl = tCurie

pastila îşi pierde însuşirile magnetice şi un arc slab deschide contactul;

la scăderea temperaturii contactul se reînchide. Schimbarea temperaturii

de lipire necesită alt vârf cu magnet.

Variante constructive: puteri de la 20-25W la peste 100W; vârfuri cu

pastile magnetice de la 200ºC la peste 350ºC (din 10 în 10ºC).

47

2.2.2 Ciocanele de lipit termoreglate cu senzor de temperatură

(termistor, termorezistenţă, termocuplu) montat în vârf, asigură atât un

histerezis mai mic (sub 1ºC) cât şi posibilitatea reglării temperaturii

(circuitele de reglaj sunt în aceeaşi carcasă cu transformatorul) în plaje

largi.

Sunt mai scumpe şi mai pretenţioase (cordonul ciocanului are 4 – 6 fire).

Statie de lipire cu temperatura reglabilă 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 electric48

3. Stație de lipit cu aer cald - permite lipirea manuală

prin convecție forțată.

49

4. Stație de lipit portabilă cu gaz - încălzirea vârfului se

realizează indirect, de la o flacără alimentată cu gaz.

Se utilizează și varianta cu flacără deschisă.

50

5. Stație de lipit portabilă cu baterii (acumulatoare) - cu

funcţionare continuă, încălzirea fiind realizată printr-o

rezistenţă de încălzire pentru putere sub 10W.

51

Vârful = componenta principală a ciocanului de lipit. Forma este aleasă

în funcție posibilitatea de a transfera optim căldura la lipire.

Zona de lucru = extremitatea care în timpul lipirii este în contact cu

piesele şi cu aliajul.

Vârfurile cu durată de viaţă lungă (long life tips) = zona de lucru

acoperită cu o peliculă micronică din fier pur, apoi de alte metale (Ni,Cr).

52

Alte instrumente necesare lipirii

•penseta, cuţitul, cleştele lat, cleştele rotund, cleştele de tăiat, pompa de extras aliajul topit, tresa metalica, lupa.

Pompa de aliaj: este folosită pentru extragerea aliajului în stare

lichidă din găurile și de pe pad-urile componentelor THD și de pe

suprafețele pad-urilor SMD. Declanșarea mișcării explozive a

pistonului, asigurată de tensiunea acumulată în arcul comprimat,

provoacă realizarea vidului care determină extragerea aliajului în

stare lichidă.

53

Echipament de lipire manuală cu aer cald a

componentelor SMD (în dotarea UPB –CETTI)

54

Echipament de lipire manuală componente

SMD complexe din dotarea UPB –CETTI

55

56

CONTACTARE/LIPIRE AUTOMATĂ LA VAL➢Tehnologie de contactare/lipire cu transfer de căldură

Referințe: IPC-J-SDT-001, IPC-2221, IPC 2222, IPC 7351,

IPC-A-600, IPC-A-610

Domeniul de utilizare: Model experimental, prototip, producție

de serie (mică, mijlocie, mare), productivitate mare:

➢Presupune utilizarea unei linii automate de contactare la val THT;

➢Permite contactarea componentelor standardizate THD/SMD și

THD dedicate cu/fără cerințe speciale privind asamblarea: TIP1: A, C;

Caz asamblări mixte:

➢Permite contactare selectivă cu dispozitive auxiliare de dirijare a

valului și protecția componentelor SMD.

➢Utilizată în cazul asamblărilor mixte complexe când sunt necesare

dispozitive auxiliare: TIP2: C.

Varianta de contactare cu val selectiv în coordonate.

57

Mașina de lipit la val

58

CONTACTARE/LIPIRE AUTOMATĂ PE SUPRAFAȚĂ

➢Tehnologie de contactare/lipire cu transfer de căldură

Referințe: IPC-J-SDT-001, IPC-2221, IPC 2222, IPC 7351,

IPC-A-600, IPC-A-610

Domeniul de utilizare: Model experimental, prototip, producție de serie

(mică, mijlocie, mare), productivitate mare:

➢Presupune utilizarea unei linii automate de contactare SMT;

➢Permite contactarea componentelor SMD standardizate și dedicate cu/fără

cerințe speciale privind asamblarea: TIP1: B, TIP2: B;

➢Utilizată în cazul asamblărilor mixte complexe:TIP1: C;

Cazul contactărilor mixte:

➢Utilizată în cazul asamblărilor mixte complexe când sunt necesare

dispozitive auxiliare în caz TIP2 B și tehnologii adiacente (Ex. Wirebonding)

în caz TIP2 C;

➢Permite contactarea componentelor THD prin tehnologia PIN-IN-PASTE.

Val dublu turbulent/laminar

Val dublu, turbulent

Parametrii și variabilele procesului de lipire la val

Depunere pasta:

Printing

Plantare componente:

Pick & place

Inspecție optică pe faze

Cuptor SMT:

Testare

finală

Rework

Printare Plantare Finală

CONTACTARE/LIPIRE AUTOMATĂ PE SUPRAFAȚĂ

63

Profilul termic comparativ pentru procesul de

contactare prin retopire cu și fară plumb- Caz profil cu platou, recomandat pentru favorizarea activării fluxului

64

65

Banda admisa pentru profilul termic

Echipament SMT de lipire automată tehnologie

infrared-convecție

66

VAPORI + GAZE NECONDENSABILE

transferul vaporilor prin

volumul fazei gazoase

condensarea propriu-zisă

transferul căldurii latente

de condensare

către suprafața rece PCB

a

film de

condensatpicături de

condensat

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

Transferul căldurii latente de condensare către suprafaţa rece a PCB

Procesul de contactare prin retopire în fază de

vapori

67

Mașina VPS IBL SLC309 din dotarea

UPB-CETTI

Pelicula de lichid condensat transferă căldură

către suprafața PCB mult mai eficient

comparativ cu procesele infrared-convecție.

68

Controlul procesului de contactare prin retopire VPS

➢ Prin controlul energiei introduse în sistem, producția de vapori fiind

proporțională cu energia;

➢ Controlul poziției PCB în volumul de vapori relativ la suprafața

lichidului de lucru;

➢ Controlul duratei de menținere pe o poziție determinată a PCB.69

70

CONTACTARE/LIPIRE LASER

➢Tehnologie de contactare/lipire cu transfer de căldură

Referințe: IPC-J-SDT-001, IPC-2221, IPC 2222, IPC 7351,

IPC-A-600, IPC-A-610

Domeniul de utilizare: Model experimental, prototip, producție

de serie (mică, mijlocie, mare), productivitate mare:

➢Presupune utilizarea unei linii semiautomate/automate de contactare

a componentelor SMD / THD standardizate și dedicate cu/fără cerințe

speciale privind asamblarea: TIP1: B, C, TIP2: B, C;

Cazul contactărilor mixte:

➢Utilizată în cazul asamblărilor mixte complexe: TIP1: C;

➢Utilizată în cazul asamblărilor mixte complexe TIP2 X,Y, Z,

Ex: 3D MID

71

72

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.

73

Parametrii lipirii cu laser➢Puterea 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 BOARD (COB)Tehnologie de contactare prin sudură ultasonică cu/fără transfer

de căldură

Referințe: IPC-J-SDT-001, IPC-2221, IPC 2222, IPC 7351,

IPC-A-600, IPC-A-610

Domeniul de utilizare: Model experimental, prototip, producție

de serie (mică, mijlocie, mare), productivitate mare:

➢ Presupune utilizarea unor echipamente manuale / semiautomate /

automate de contactare placheta chip-terminale capsule, Nivel 1 în

packagingul electronic;

➢ contactare placheta chip direct pe placa PCB, tehnologie Chip on

board: TIP2: X, Y, Z;

74

75

Contacarea prin fir (wire-bonding) 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 15µm si poate ajunge la

cateva sute de µm.

Exista doua procese de contactare prin fir:

contactarea prin bile de aur si contactarea prin fir de

aluminiu

76

Contactarea prin bile de aur

In 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.

77

Contactarea cu fir de aluminiu

In 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.

78

Echipamente wire bonding din dotarea UPB-CETTI

79

Montarea dispozitivelor SMD pe PCB

Conexiune/lipitura = structură complexă

multistrat în continuă restructurare funcție de

condițiile mecano-climatice de funcționare.

Model pentru microstructura cu straturile de compuși intermetalici

care caracterizează conexiunea PIN-PAD generată de viteza de

răcire pe perioada procesului de contactare/lipire – Caz aliaj fără

plumb (Lead-Free), SAC305: Sn 96,5% Ag 3% Cu 0,5%

81

82

PCB echipat cu componente SMD

Echipamentul de inspectie vizuala

Inspectie optică prin microscop

Calitatea în asamblare

ELIMINAREA DEFECTELOR DE LIPIRE

A. Conexiuni/lipituri defecte la nivel macro

➢Vizibile optic: pot fi identificate cu echipamente de inspecție optică manuale

sau automate OFF/IN Line;

➢Care realizează un contact parțial ce va ceda la solicitările mecano-climatice

specifice mediului de utilizare. Dificil de identificat optic.

Exemplu: Deplasarea componentelor pe verticală (CHIP) sau pe orizontală pe

durata procesului de lipire (Chip Movement / Tombstoning / Draw bridging).

Se datoreaza dezechilibru al fortelor de tensiune superficială.

85

B. Conexiuni/lipituri defecte la nivel microstructural

➢Defecte apărute în microstructura conexiunii. Se prezintă sub forma

unor incluziuni gazoase sau solide (VOIDS), fisuri, grosimi mari

pentru compușii IMC casanți Cu3Sn și Ag3Sn.

Ex: Discontinuitati / incluziuni in structura lipiturilor (voids). Pot fi

identificate prin inspecție cu raze X (X-Ray Inspection)

86

Echipament pentru inspecție optică din dotarea

UPB-CETTIPermite identificarea defectelor la nivel macro

87

Echipament testarea modulelor electronice la

vibrații mecanicePermite evaluarea nivelului de calitate al asamblării prin

identificarea lipiturilor slabe-contacte parțiale, lipituri reci.

88

Echipament complex de testarePermite inspecție optică, testarea la solicitări mecanice a conexiunilor

wirebonding și a conexiunilor pe placa electronică.

89

Mulţumescpentru atenţie !