Характеристика товарной группы (на примере мобильные телефоны)

       Основные  достоинства SiGe-структур:

       - высокая надежность и живучесть за счет малой температурной зависимости;

       - низкая стоимость, сравнимая со стоимостью кремния;

       - широкий частотный диапазон — 110 ГГц;

       - низкий уровень шума;

       - низкое энергопотребление;

       - возможность комбинации с обычными CMOS схемами на одной и той же кремниевой подложке.

       SiGe-технологии  позволяют еще больше миниатюризировать  полупроводниковые системы за  счет очень высокой интеграционной  плотности и создавать однокристальные  решения для целой системы  («системы на кристалле»).

       Очередного  успеха инженеры компании NEC Electronics достигли, последовательно совершенствуя  технологии внедрения атомов германия в кристаллическую решетку кремния. Новые решения носят название UHS-процессов (Ultra-High-Speed). А новая SiGe BiCMOS технология обеспечивает еще более  высокую производительность, меньшее  энергопотребление и более высокую  степень интеграции, чем обычные SiGe-технологии. На рисунке показано, что новые устройства работают не только на более высоких частотах, но имеют и более низкий уровень  шума. 

         

         

         

 

       3. Технологические  процессы производства  мобильных телефонов 

       Стандартной технологией производства ЖК модулей  можно назвать конструкцию с  жёстким основание модуля в виде печатной платы с распаянной на ней  м/с контроллера. Специальная металлическая  рамка фиксирует стекло и прижимает  токопроводящую резину к плате и  стеклу. Надежность контакта обеспечивается упругими свойствами резины с металлическими проводниками. Одно из несомненных  преимуществ стандартной технологии является возможность восстанавливать  работоспособность модулей.

       Использование современной технологии монтажа  высокой плотности позволяет  уменьшить площадь, толщину и  вес модулей.   COF (Chip on Flex)

         Монтаж микро компонентов на  гибкую печатную плату, выполненную  в виде кабеля (flex). Позволяет резко  сократить количество контактов  между ЖКИ и микроконтроллером  за счёт использования контроллера  с последовательным интерфейсом. 

       Монтаж  компонентов на малогабаритную сверхтонкую  печатную плату. Модуль состоит из стекла, специального гибкого соединителя, малогабаритной печатной платы с  м/с драйвера. Технология используется при производстве мобильных телефонов. Для получения минимальной толщины  модуля в качестве печатной платы  часто используют тонкую гибкую пленку.

       Монтаж  микросхемы драйвера прямо на стекло индикатора. Выводы интерфейса связи  выполняются в виде металлических  контактов. Требует увеличения размера  стекла для размещения контроллера.

       SMT (Surface Mount Technology) - технология поверхностного  монтажа;

       SMD (Surface Mount Devices) - компоненты поверхностного  монтажа.

       Поверхностный монтаж — передовая и основная технология изготовления электронных  изделий на печатных платах, а также  связанные с данной технологией  методы конструирования печатных узлов. Большинство современной цифровой аппаратуры созданы именно по технологии SMT. Технологию поверхностного монтажа печатных плат также называют ТМП (технология монтажа на поверхность), SMT (surface mount technology) и SMD-технология (от surface mounted device — прибор, монтируемый на поверхность). Основным ее отличием от «традиционной» технологии монтажа в отверстия является то, что компоненты монтируются на поверхность печатной платы, однако преимущества технологии поверхностного монтажа печатных плат проявляются благодаря комплексу особенностей элементной базы, методов конструирования и технологических приемов изготовления печатных узлов.

       Обычная последовательность операций при поверхностном  монтаже на мобильные телефоны такова:

       1. Нанесение паяльной пасты на  контактные площадки

        2. Установка компонентов

        3. Групповая пайка методом оплавления  пасты (методом конвекции, инфракрасным  нагревом или в паровой фазе). В единичном производстве, при  производстве изделий и при монтаже компонентов, требующих высокой точности, применяется индивидуальная пайка струей нагретого воздуха или азота.

       Одним из важнейших технологических материалов, применяемых при поверхностном  монтаже, является паяльная паста (также  иногда называемая припойной пастой или пастой BGA), представляющая собой  смесь порошкообразного припоя с  органическими наполнителями, включающими  флюс.

       При пайке в поверхностном монтаже  очень важно обеспечить правильное изменение температуры во времени (термопрофиль), чтобы избежать термоударов, обеспечить хорошую активацию и  смачивание поверхности.

       Компоненты, которые используются для поверхностного монтажа называют SMD-компонентами или  КМП (компонент, монтируемый на поверхность). Ниже приведены размеры и типы корпусов SMD-компонентов:

       2-х  контактные

       - Прямоугольные пассивные компоненты (резисторы и конденсаторы):

       - Танталовые конденсаторы:

       - SOD - Small outline diode:

       - SOT - транзистор с короткими выводами, с тремя выводами:

       - DxPAK

        DPAK (TO-252) - Разработка Motorola для устройств  с большим энергопотреблением. Трёх  и пятиконтактные версии.

       ИС  с выводами малой длины (SOIC), расстояние между выводами 1.27 mm

       PLCC - пластковый чип с выводами, расстояние  между выводами 1.27 mm

       Для корпусирования сложных полупроводниковых  микросхем, в особенности с большим  количеством контактов ввода-вывода, широкую популярность в настоящее  время приобрели BGA-компоненты. Основное конструктивное отличие их от традиционных электронных компонентов (ЭК) заключается  в том, что выводы данных ЭК представляют собой матрицу шариков, размещенных  непосредственно под корпусом компонента.

       Такая конструкция обуславливает ряд  существенных достоинств, среди которых  можно выделить :

       - отсутствие подверженных изгибу выводов. Вызывает меньше проблем с копланарностью и необходимостью бережного обращения;

       - самоцентрирование. В процессе оплавления BGA-компоненты обладают эффектом самоцентрирования (до 50% смещения относительно диаметра КП);

       - шаг выводов больше, чем у QFP-компонентов (справедливо для PBGA) – проще осуществлять качественный монтаж;

       - лучшие термические и электрические характеристики по сравнению со многими QFP-компонентами;

       - одно- или многочиповое исполнение;

       - малый размер. Размер многих микроBGA-компонентов приближается к размеру кристалла;

       - большое количество и высокая плотность контактов ввода/вывода. Требуют меньшего размера знакоместа на печатной плате (ПП) из-за использования всей нижней поверхности корпуса;

       - низкопрофильность (для многих типов BGA-компонентов);

       - меньшее термическое сопротивление между корпусом и ПП по сравнению с выводными корпусами;

       - малая индуктивность выводов.

       Данные  особенности определили область  применения данных ЭК: микропроцессоры/микроконтроллеры, заказные ИС, микросхемы памяти, чипсеты  ПК, широкий спектр мобильных устройств  и пр.

       Среди отдельных недостатков можно  выделить бо́льшую механическую жесткость  соединения корпуса BGA-компонента с  платой из-за отсутствия выводов, а  также наличие разницы в ТКЛР между корпусом и материалом ПП для  некоторых BGA-компонентов, что, действуя совместно, может вызвать проблемы при повышенных тепловых и механических воздействиях на изделие. Также следует  отметить необходимость использования  специального оборудования для контроля качества монтажа – рентгеновские  установки и специальные микроскопы.

       Наибольшее  распространение получили пластиковые  ЭК (Plastic-Ball-Grid-Array, PBGA,  основой структуры  которых является многослойная ПП, шарики выполнены из эвтектического припоя. Такие корпуса являются относительно дешевыми, отличаются хорошим согласованием  ТКР корпуса и платы, однако чувствительны  к влажности, склонны к короблению (в особенности, для больших корпусов). Также существуют керамические корпуса (Ceramic-Ball-Grid Array, CBGA), выполненные на керамической подложке, имеющие металлическую  крышку и шарики, изготовленные из высокотемпературного сплава (90Pb/10Sn), крепящиеся к подложке при помощи эвтектического припоя. Такие шарики не оплавляются  при пайке. Корпуса CBGA герметичны и практически нечувствительны к влажности, кроме того, шарики из высокотемпературного сплава облегчают процесс производства изделия. Тем не менее, относительная высокопрофильность, большая теплоемкость и различия в ТКР с материалом ПП ограничивают их применение. Разновидностью корпусов CBGA являются корпуса CCGA (Ceramic-Column-Grid-Array), в которых роль шариков выполняют столбиковые выводы. Корпуса TBGA (Tape Ball-Grid-Array) имеют в своей конструкции вместо многослойной подложки полиимидную пленку. Такие корпуса также имеют шарики из высокотемпературного припоя, прикрепленные к корпусу методом частичного оплавления. Корпуса демонстрируют улучшенные тепловые характеристики без дополнительного радиатора. Их чувствительность к влажности находится на том же уровне, что и у PBGA.

       Также активно применяются корпуса  с уменьшенным размером корпуса, высотой и шагом выводов. Эти  корпуса объединены в большую  группу CSP (Chip Scale Package), или, в терминологии JEDEC, DSBGA (Die-Size BGA) – корпусов, размеры  которых приближаются к размеру  кристалла. Широко распространенным представителем этой группы является корпус микроBGA (μBGA, micro-BGA, разработанный компанией Tessera, Inc. Такой корпус имеет матрицу  электроосажденных никелевых шариков (85-90 мкм) с золотым покрытием (0,3 мкм), либо шариков из эвтектического или  бессвинцового припоя, на гибкой подложке. Упругий силиконовый слой снижает  уровень механических напряжений. Уровень  чувствительности к влажности данных корпусов  устраняет необходимость  в специальной упаковке и методах  обращения. Корпуса подходят для  бессвинцовой технологии монтажа. Преимущественная область применения – SRAM, DSP для беспроводных приложений, высоконадежные приложения для медицины, автомобильной и  военной промышленности. К этой же группе относятся Wafer Level Chip Size Package (WLCSP) – разновидность CSP, где все этапы  процесса производства ИС проводятся на уровне подложки. Данные корпуса  имеют чрезвычайно малые размеры, низкий профиль (0.82 мм max), обладают низкой чувствительностью к влажности и устойчивостью к высоким температурам (что особенно важно для бессвинцовой технологии). Шарики выполнены из сплава Sn/Ag/Cu.

       Большинство PBGA-компонентов демонстрирует сильную  чувствительность к влажности. Контроль влажности необходим для предотвращения т.н. эффекта «попкорна» – вспучивания  корпуса либо герметизирующего материала  ЭК при пайке. Перед поставкой  производится сушка BGA-компонентов  и упаковка их в герметичный пакет  с влагопоглотителем («dry pack»).

       Необходимо  отметить, что компоненты продолжают накапливать влагу после монтажа. При производстве необходима сушка платы перед тем, как подвергнуть ее воздействию тепла. В противном случае, возможно массовое повреждение компонентов.

       Как и для прочих SMT-компонентов, монтаж BGA предусматривает выполнение типовых  этапов сборочного процесса: нанесения  паяльной пасты, установки компонентов, оплавления, отмывки (в зависимости от типа применяемого флюса).

       Нанесение паяльной пасты. При монтаже BGA-компонентов с шариками из эвтектического сплава 63Pb/37Sn, рекомендуется дополнительно наносить на КП паяльную пасту, хотя существуют технологические процессы, предусматривающие нанесение только флюса.