Соответствие между отечественными и зарубежными типами корпусов ИМС

Типы и подтипы корпусов отечественных и зарубежных ИМС Табл.№

Тип	Под-тип	Расположение выводов относительно установочной плоскости	Внешний вид отечественного корпуса	Внешний вид аналогичного зарубежного корпуса	Зарубеж-ное обоз-начение типа корпуса
		Перпендикулярное в один ряд			SIP
	Перпендикулярное в два ряда			PCDIP
	Перпендикулярное в три ряда
		Перпендикулярное по контуру прямоугольника
	Перпендикулярное отформованное в один или два ряда			SQL
		Перпендикулярное в два ряда			DIP
	Перпендикулярное в четыре ряда в шахматном порядке			QUIP
		Перпендикулярное по окружности			TO100
	Перпендикулярное по окружности			TO3
		Параллельное по двум противоположным сторонам			TSSOP
	Параллельное по четырем сторонам			CQFP
	Параллельное отформованное по двум сторонам			SOIC
	Параллельное отформованное по четырем сторонам			QFP
	Параллельное отформованное под корпус по четырем сторонам			PLCC
		Перпендикулярное для боковых площадок выводов по четырем сторонам			QFN
		Перпендикулярное для боковых площадок выводов по двум сторонам
		Перпендикулярное в несколько рядов
	Перпендикулярное в несколько рядов со стороны крышки корпуса			PGA

Необходимо обратить внимание, что для зарубежных корпусов в таблице приведена не вся их номенклатура, а наименования типов зарубежных корпусов ИМС составляют лишь некоторые из возможных обозначений.

Нестандартные компоненты (Odd Form Component - OFC)

К этой группе компонентов, выделившейся относительно недавно, относятся компоненты, не вошедшие в ранее рассмотренные группы. Это самая пестрая группа компонентов, включающая в себя соединители, микросборки, микромодули, трансформаторы, колодки, держатели, экраны, бескорпусные радиоэлементы и т. д. В зависимости от конкретной конструкции нестандартного компонента он может рассматриваться и как выводной, и как нестандартный (например, коммутируемый с контактами ПП посредством проволоки или миниатюрных проводников). В последнем случае задача его размещения и закрепления на ПП приобретает особенно творческий характер. Рассмотрим подробнее два типа нестандартных компонентов это так называемые «заказные» микросхемы (микросборки, гибридные микросхемы) и бескорпусные модули РЭС. Они чаще всего применяются в высокочастотных РЭС (в том числе и цифровых), которые находят все более широкое применение в различных сферах человеческой деятельности и прежде всего в аппаратуре связи. К тому же применение этих двух типов компонентов, в особенности в профессиональной аппаратуре, достаточно распространено и оправдано.

Применение больших гибридных интегральных схем (БГИС) и микросборок обусловлено стремлением обеспечить максимальную микроминиатюризацию и плотность компоновки РЭС. Для обеспечения возможности этой дальнейшей микроминиатюризации потребовалось применение новой элементной базы, а именно бескорпусных компонентов.

При использова­нии бескорпусных компонентов (http://prodav.exponenta.ru/) получается наивысшая плотность компоновки РЭС. Однако установка и монтаж последних не­посредственно на печатной плате не обеспечивает высокой плотности ком­поновки из-за низкой разрешающей способности монтажа (на сегодняшний день возможности печатного монтажа практически исчерпаны). Введение в конструкцию промежуточного элемента — подложки — устраняет этот не­достаток. Это привело к созданию микросборок и БГИС – больших гибридных тонко- и толстопленочных микросхем частного применения. Активные элементы в этих БГИС выполнены методами полупроводниковой технологии и представлены ИС, транзисторами, диодами в бескорпусном исполнении. Создание высококачественных пассивных элементов методами полупроводниковой технологии (что позволило бы в разы уменьшить габариты функциональных узлов РЭС) пока не приводит к удовлетворительным результатам. В полупроводниковых ИС пассивные элементы возникают как побочный продукт, их характеристики хуже, чем у дискретных элементов: ограниченные линейность, температурная стабильность и большой допуск на значение номиналов резисторов и конденсаторов.

Пассивные компоненты создаются прямо на подложке БГИС или микросборок интегральными методами микроэлектронной технологии (вакуумное напыление, фотолитография и т.д.) и имеют размеры исчисляемые единицами и долями миллиметров.

Таким образом, микросборки возникли как способ радикального уменьшения габаритов функциональных узлов РЭС за счет применения бескорпусных элементов, в том числе пассивных. В БГИС удачно дополняются две технологии, обеспечивающие микроминиатюризацию компонентов: полупроводниковая для активных компонентов (представленных в основном бескорпусными элементами) и тонко- и толстоплёночная для пассивных компонентов. Комбинация этих технологий обеспечивает создание высококачественных малогабаритных гибридно-пленочных интегральных микросхем, которые реализуются при монтаже дискретных бескорпусных элементов или полупроводниковых ИС в интегральные тонко- или толстоплёночные схемы.

Бескорпусные активные компоненты фиксируются клеем на подлож­ке, на которой методом тонко- или толстопленочной технологии выполня­ются проводники, контактные площадки цепей входа и выхода, пленочные пассивные компоненты.

Бескорпусные активные компоненты представляют собой специально разработанные элементы, совместимых с плоской подложкой тонкопленочной микросхемы (транзисторы (см. рис. ), диоды, ИС с балочными и шариковыми выводами); распространена установка транзисторов в керамические фасонные корпуса с четырьмя металлизированными участками, которые связаны с выводами транзистора тонкими проволоками.

Рис. Транзистор бескорпусной EPA040A; производитель: ф.Excelics, США

Бескорпусные активные элементы относятся к категории так называемых навесных элементов. Навесными элементами в микроэлектронике называют миниатюрные, обычно бескорпусные диоды и транзисторы, представляющие собой самостоятельные элементы. Иногда в гибридных ИС навесными могут быть и некоторые пассивные элементы, например, миниатюрные конденсаторы с такой большой емкостью, что их невозможно осуществить в виде пленок. Это могут быть и миниатюрные трансформаторы. В некоторых случаях в гибридных ИС навесными являются целые полупроводниковые ИС. Проводники от транзистора или от других навесных элементов присоединяются к соответствующим точкам схемы чаше всего методом термокомпрессии (провод при высокой температуре прижимается под большим давлением).

Пленочные ИС имеют подложку (плату) из диэлектрика (стекло, керамика и др.). Пассивные элементы, т. е резисторы, конденсаторы, катушки и соединения между элементами, выполняются в виде различных пленок, нанесенных на подложку. Активные элементы (диоды, транзисторы) не делаются пленочными, так как не удалось добиться их хорошего качества. Таким образом, пленочные ИС содержат только пассивные элементы и представляют собой ДС-цепи или какие-либо другие схемы.

Подложки представляют собой диэлектрические пластинки толщиной 0.5—1,0 мм. тщательно отшлифованные и отполированные. В качестве материалов подложек используется ситалл (материал на основе стекла), поликор (керамика на основе окиси алюминия), гибкие полиимидные пленки. Размеры ситалловых подложек обычно не превышают 48x60 мм, поликоровых — 24x30 мм. Для увеличения механической жесткости и тепловой стойкости гибкие пленки чаще всего фиксируют на пластине из алюминиевого сплава. Макси­мальные размеры таких подложек составляют 100x100 мм, плотность разводки 5 линий/мм (минимальные ширина и зазоры между проводниками по 0,1 мм), шаг внутренних контактных площадок 0,3.. .0,5 мм, внешних — 0,625 мм.

При изготовлении пленочных резисторов на подложку наносят резистивные пленки. Если сопротивление резистора не должно быть очень большим, то пленка делается из сплава высокого сопротивления, например из нихрома. А для резисторов высокого сопротивления применяется смесь металла с керамикой. На концах резистивной пленки делаются выводы в виде металлических пленок, которые вместе с тем являются линиями, соединяющими резистор с другими элементами. Сопротивление пленочного резистора зависит от толщины и ширины пленки, ее длины и материала.

Рис. Топология пленочного резистора

Тонкопленочные резисторы проектируются в виде полосок различной конфигурации. Электрический контакт с проводниками обеспечивают перекрытием соответствующих участков резистивной и проводящей пленок. Топология проектирования пленочного резистора показана на рис. 3.1. При проектировании тонкопленочных резисторов для обеспечения необходимого контакта между резистивным слоем и проводником размеры l1 и b1 не должны быть меньше 200 мкм. Для увеличения сопротивления делают пленочные резисторы зигзагообразной формы. Для коррекции номинального значения сопротивления выполняют подгонку резисторов. Подгонка состоит в том, что тем или иным способом резистивный слой частично удаляется и сопротивление, сделанное умышленно несколько меньшим, чем нужно, увеличивается до требуемого значения. В течение длительного времени эксплуатации сопротивление этих резисторов мало изменяется.

Пленочные конденсаторы чаще всего делаются только с двумя обкладками. Одна из них наносится на подложку и продолжается в виде соединительной линии, затем на нее наносится диэлектрическая пленка, а сверху располагается вторая обкладка, также переходящая в соединительную линию. В зависимости от толщины диэлектрика конденсаторы бывают тонко- и толстопленочными. Диэлектриком обычно служат оксиды кремния, алюминия или титана. Удельная емкость может быть от десятков до тысяч пикофарад на квадратный миллиметр, и соответственно этому при площади конденсатора в 25 мм³ достигаются номинальные емкости от сотен до десятков тысяч пикофарад. Точность изготовления ± 15 %. Необходимо, чтобы диэлектрическая пленка выходила за пределы нижней обкладки. Такая конструкция исключает опасность замыкания обкладок по периметру и уменьшает погрешность реализации емкости при смещении обкладок (см. рис. б–г.).

Рис. Варианты выполнения конденсаторов (а) – планарный; (б), (в) – с напылением диэлектрика; (г) – поперечное сечение конденсатора с напылением диэлектрика (1,3 – металл, 2 – диэлектрик, 4 – подложка)

Пленочные катушки делаются в виде плоских спиралей, чаще всего прямоугольной формы. Ширина проводящих полосок и просветов между ними обычно составляет несколько десятков микрометров. Тогда получается удельная индуктивность 10—20 мГн/мм². На площади 25 мм² можно получить индуктивность до 0,5 мкГн. Обычно такие катушки делаются с индуктивностью не более нескольких микрогенри. Увеличить индуктивность можно нанесением на катушку ферромагнитной пленки, которая будет выполнять роль сердечника. Некоторые трудности возникают при устройстве вывода от внутреннего конца пленочной катушки. Приходится для этого наносить на соответствующее место катушки диэлектрическую пленку, а затем поверх этой пленки наносить металлическую пленку — вывод.

а) б)

в) г) д)

Рис. Катушки индуктивности (а), (б) – полосковые; (в) – меандр; (г),(д) – спиральные.

Катушки индуктивности с сосредоточенными параметрами могут быть получены из отрезков металлических полосок прямоугольного сечения – так называемые полосковые одновитковые катушки индуктивности (рис. 3.4) – или полосок, изогнутых в виде меандра или в виде спирали рис. 3.5. Полосковые одновитковые катушки индуктивности (рис. 3.4,б) имеют индуктивности от 0,5 до 4 нГн. Большие индуктивности (до 100 нГн) обеспечивают плоские спиральные катушки, причем квадратные спиральные катушки (рис. 3.5,в) позволяют получить большую индуктивность по сравнению с круглыми (рис. 3.5,б) на заданной площади печатной платы катушек. Индуктивность катушек в форме меандра (рис. 3.5,а) достигает 100 нГн.

Принято различать ИС тонкопленочные, у которых толщина пленок не более 2 мкм, и толстопленочные, у которых толщина пленок значительно больше. Разница между этими ИС заключается не столько в толщине пленок, сколько в различной технологии их нанесения.

Гибридные ИС изготовляются следующим образом. Сначала делается подложка. Ее тщательно шлифуют и полируют. Затем наносятся резистивные пленки, далее нижние обкладки конденсаторов, катушки и соединительные линии, после этого диэлектрические пленки, а затем снова металлические. Навешиваются («приклеиваются») активные и другие дискретные элементы, и их выводы присоединяются к соответствующим точкам схемы. Схема помещается в корпус и присоединяется к контактным штырькам корпуса. Производится испытание схемы. Далее корпус герметизируется и маркируется, т, е. на нем делаются необходимые условные обозначения.

Достоинства гибридных микросхем:

-возможность гибкого выбора дискретных элементов;

-низкая стоимость подложек и возможность применения значительно больших номиналов тонкоплёночных конденсаторов и мощных резисторов.

Недостатком является дополнительные контактные площадки для монтажа дискретных элементов или полупроводниковых ИС, которые можно выполнить по тонкоплёночной технологии.

Для защиты от внешних воздействий гибридные ИС герметизируют пластмассой или помещают в герметические металлические, стеклянные и керамические корпуса.

По техноло­гии производства микросборки (см. рис. ) не отличаются от гибридных микросхем, а по функциональной сложности и степени интеграции соответствуют БИС. В отличие от универсальных БИС, используемых в разнообразной аппаратуре, микросборки разрабатывают под конкретную аппаратуру для получения вы­соких показателей ее микроминиатюризации, уменьшения потерь полезного объема аппаратуры. Хотя разрешающая способность толстопленочной тех­нологии ниже тонкопленочной, в ней сравнительно легко удается реализо­вать многослойные конструкции, повысить плотность компоновки.

Рис. Подложка микросборки для установки бескорпусных компонентов. Контактные площадки для соединения с ПП расположены вдоль коротких сторон подложки микросборки.

Реализация функциональных элементов в виде ГИС экономически целесообразна при выпуске малыми сериями специализированных вычислительных устройств и другой аппаратуры.

Разновидность гибридных ИС – так называемые микросборки. Обычно в их составе различные элементы, компоненты и интегральные схемы. Особенность микросборок состоит в том, что они являются изделиями частного применения, т. е. изготовляются для конкретного типа аппаратуры. А обычные ГИС представляют собой изделия общего применения, пригодные для различных видов аппаратуры. Иногда микросборками также называют наборы нескольких активных или пассивных элементов, находящихся в одном корпусе и имеющих самостоятельные выводы. Иначе эти наборы еще называют матрицами.

Одной из самых существенных тенденций в промышленности электронной сборки на протяжении ближайших пяти лет будет сближение электронного блока на уровне печатной платы с электронной сборкой на уровне компонента. Разница между теми и другими стирается, и в некоторых случаях граница уже не видна. Некоторые из сегодняшних так называемых «компонентов», казалось, недавно считались целыми электронными блоками, но также верна и обратная тенденция. В этой связи следует отметить расширение номенклатуры так называемых бескорпусных модулей, которые представляют собой типовые функциональные устройства РЭС, в микроминиатюрном исполнении с применением бескорпусных активных элементов, БГИС и микросборок. В качестве примера на рис. представлен бескорпусной модуль модема, который может применяться в готовом виде в широком спектре разнообразных РЭС.

Рис. Бескорпусной модуль сотового GSM модема WISMO Quik Q2400для монтажа на ПП. Электрическая коммутация с ПП осуществляется через 60-ти контактный миниатюрный соединитель.

Рис. Конструкция модуля DC/DC конверторов фирмы Artesin Technologies открытого типа марки SXA15.

Конструкция конверторных модулей серий SXA10/SXA15 (журнал СТА В.Жданкин «DC/DC преобразователи бескорпусного типа для поверхностного монтажа») представляет собой конструкцию открытого типа (см. рис.), использующую общее керамическое основание толщиной 1 мм с краевыми зажимами для выводов. Керамическое основание, которое имеет два встроенных медных контура, обеспечивает копланарность в процессе поверхностной пайки (оплавления) при соответствующих температурных условиях. Выводы модуля выполнены из фосфорной бронзы — материала, который имеет высокое усталостное сопротивление — и покрыты сплавом олово-свинец.

Рис. Внешний вид бескорпусного преобразователя серии CXA10 с выходной мощностью 10 Вт с штыревыми выводами. Габаритные размеры преобразователя 50,80x25,4x10 мм (СТА В.Жданкин «Преимущества бескорпусных преобразователей постоянного тока»)

Выделяются три ключевые области электронной индустрии, для которых условия рынка и преимущества, предлагаемые автоматизацией технологии нестандартных компонентов, совпали и принесли существенный доход конечным пользователям их изделий.

Индустрия производства персональных компьютеров и периферийных устройств, например, принтеров, модемов и сетевых адаптеров.

Индустрия производства средств связи, например, электронных модулей для АТС различных уровней, а также изделий, которые составляют всю инфраструктуру сотовой связи (базовые станции).

Индустрия производства автомобильной электроники, например бортовых компьютеров и сенсорных устройств.