Главная Промышленная автоматика.

fI max, МГц


оир. ср

Рис. 4.54 с. Зависимость максимальной входной частоты от температуры окружающей среды при напряжении питания 5 В, входном напряжении низкого уровня 0,4 В для ИМС КР1015ХК2

Погрешность поддержания электрических режимов не должна превышать: ±2 % для установки напряжения питания, ±6 % для установки размаха синусоидального сигнала, ±10 % для установки напряжения и частоты входного сигнала.

Предельные эксплуатационные параметры ИМС КР1015ХК2А,Б

Напряжение питания В;

минимальное.....................................................4,5

максимальное...................................................5,5

Размах сигнала на входе ДПКД (вывод 9) Vg, В:

КР1015ХК2А.............................................0,4...5,5

КР1015ХК2Б.............................................0,8...5,5

Напряжение стока транзистора интегратора (вывод У) и у В...............................4,5...16,5

Входное напряжение. В, на выводах б, 7, S:

низкого уровня, iP, ifi,

Ifi....................................................................О...0,4

высокого

и\.............

уровня, i/g, и

..2,4...5,5

Выходной ток, мА, в цепи выводов, не менее:

вых 11-

• вых 1 вых 12 6, 17 16. вь« 17"

18 I.

,.0,О

...50

Частота синхроимпульсов (вывод 7)

Ли более........................................

Частота входного сигнала (на выводе

9) /вх-

КР1015ХК2А..............................................0,05...(

КР1015ХК2Б...........................................0,05...4j

Глава 5

РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ПРИМЕНЕНИЮ АНАЛОГОВЫХ ИНТЕГРАЛЬНЫХ МИКРОСХЕМ ДЛЯ БЫТОВОЙ РАДИОАППАРАТУРЫ

5.1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

Аналоговые ИМС становятся основной элементной базой современной бытовой радиоаппаратуры прежде всего благодаря своей высокой надежности и функциональной завершенности.

Изготовление десятков тысяч ИМС в едином технологическом цикле, строго контролируемые режимы и

технологические среды, минимальное использование ручного труда обеспечивают высокую надежность работы! как всех кристаллов, так и элементов в каждом из них. Вакуумное напыле--ние металлизации и термокомпрессионная сварка, используемые при изготовлении ИМС, обеспечивают более надежное (по сравнению с паяным) соединение элементов на молекулярном уровне. Отношение числа "внут-

ренних" соединений к "внешним" в современных ИМС - от 100 до 10 ООО. Следовательно, подавляющее число межсоединений выполняется без применения ручного труда - источника ненадежности.

Большинство ИМС различных типов имеют небольшую потребляемую мощность. При малой мощности рассеяния рабочая температура кристалла по сравнению с температурой окружающей среды повышается незначительно, что создает благоприятные условия для замедления физико-химических процессов, приводящих к отказам внутренних соединений.

Надежность радиоэлектронного блока, изготовленного с применением ИМС, оказывается существенно более высокой по сравнению с надежностью аналогичного устройства, выполненного на дискретных комплектующих изделиях.

Однако использование высоконадежных ИМС не всегда автоматически обеспечивает получение столь же надежной аппаратуры. Сохранение надежности ИМС в аппаратуре в значительной степени определяется правильностью ее применения на всех стадиях: разработки, производства и эксплуатации. Под правильностью применения ИМС подразумевается, что выполняются рекомендации по электрическим режимам и методике монтажа, отработан технологический процесс изготовления аппаратуры, используются средства защиты ИМС от статического электричества, тепловых и других воздействий.

В этой главе рассматриваются некоторые меры обеспечения высокой надежности РЭА, в которой используются аналоговые ИМС.

5.2. ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ ИСПЫТАНИЯ ИМС ПРИ ИЗГОТОВЛЕНИИ РЭА

При производстве ИМС ведется 100-процентная проверка и отбраковка 1Х»товых изделий, чтобы выявить среди них имеющие как явные, так и, По возможности, скрытые дефекты.

Для этого установлены нормы и методы граничных испытаний, позволяющие определять запасы по электрическим и механическим свойствам ИМС. Отбраковочные испытания предусматривают ряд радикальных видов воздействий на ИМС, позволяющих исключить из всей продукции изделия с дефектами.

Однако выходной контроль на предприятии-изготовителе может оказаться недостаточным, и возникает необходимость проводить дополнительные испытания ИМС в технологическом процессе изготовления РЭА. Объем и продолжительность этих испытаний зависит от назначения РЭА.

Изготовители аппаратуры вводят дополнительные испытания, если интенсивность отказов ИМС при эксплуатации не удовлетворяет требованиям по надежности, предъявляемым к разрабатываемой аппаратуре. Обычно это возникает тогда, когда требования разработчиков РЭА превышают возможности изготовителей ИМС. При этом отбор компонентов потребителем становится единственным средством повышения надежности разрабатываемой аппаратуры.

Объем дополнительных испытаний определяется экономическим фактором. Изготовитель РЭА выбирает, как проще и дешевле выявить дефектную ИМС: испытанием перед установкой на печатную плату или позднее, испытывая модуль, блок либо всю систему.

По экспериментальным данным соотношение стоимости замены ИМС на входном контроле, после монтажа на печатную плату и при эксплуатации РЭА составляет 2:5:50 [3]. При массовом производстве РЭА капитальные вложения на испытательное оборудование ИМС достаточно быстро окупаются и в конечном счете приводят к резкому улучшению качества выпускаемой продукции.

В настоящее время предприятия, разрабатывающие и изготавляющие РЭА, чтобы повысить эксплуатационную надежность проводят, как прави-



ло, термотренировку, термоциклиро-вание и электротермотренировку ИМС и ячеек с установленными элементами,

Статистика показывает [3], что от 50 до 70 % отказов ИМС (причем почти все они связаны со старением приборов во времени) приходится на те из них, которые не подвергались перегрузкам в процессе испытаний. Чтобы уменьшить число таких отказов, проводят термостарение ИМС в течение четырех суток и термоцик-лирование (до 10 циклов). Последний процесс позволяет выявить несогласование коэффициентов теплового расширения отдельных частей ИМС. Для нахождения скрытых дефектов достаточно провести пять термоциклов. Если же увеличить их число (особенно более 10), то может произойти "расшатывание" конструкции и отказ ИМС, или превращение надежного изделия в имеющее скрытые дефекты.

Анализ статистического материала показывает, что технологические испытания должны состоять из элект-ротермотренировки (ускоряющей проявление скрытых дефектов), термовыдержки (для некоторых типов ИМС), контроля статических параметров в интервале температур и динамических параметров в нормальных условиях (это результирующие испытания, определяющие годность ИМС), а также проверки на герметичность.

Электротермотренировку необходимо проводить при максимальной температуре и предельных электрических режимах, разрешенных в технических условиях на конкретную ИМС. Обычно ее продолжительность 96 ч или три последовательных цикла по 96 ч каждый. Данные, полученные по результатам подобных испытаний показывают, что ИМС со скрытыми дефектами до испытаний составляли 0,3 %, после первого цикла - 0,1 %, после второго - 0,03 %, третьего - 0,007 %, что говорит о высокой эффективности "процедуры".

5.3 ВНЕШНИЕ ВОЗДЕЙСТВИЯ НА ИМС ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ РЭА

В технологическом процессе изготовления РЭА с применением ИМС каждая из них в процессе формовки и обрезки выводов; лужения выводов; комплектования для конкретного изделия; обрезки незадействованных выводов; установки на плату; пайки; очистки плат от флюса; настройки; покрытия лаком; проверки на функционирование и контроля параметров подвергается различным факторам

внешнего воздействия (механическим, температурным, химическим, электрическим).

Механические усилия прикладываются к ИМС во время комплектации, формовки и обрезки выводов, установки и приклеивания к печатной плате. Усилия, воздействующие, на выводы и их изоляцию, могут нарушить герметичность корпуса. Температурные воздействия связаны Cj лужением, пайкой, демонтажом. При, этих операциях тепло проходит через выводы к кристаллу или подложке и вызывает нагрев элементов конструкт ции ИМС. Химические воздействия оказывают влияние на материал пО" крытия корпуса и маркировку ИМС при флюсовании, очистке печатныя плат от остатков флюса, влагозащит* и демонтаже. И, наконец, электричек ские воздействия связаны с разряд» ми статического электричества черв! ИМС. Эти воздействия имеют меск при всех технологических операция если не принять мер по уменьш© нию зарядов статического электричеч ства в производственных помещение ях. В процессе сборки изделия ИМС! многократно, хотя и в разной степе** ни, подвергаются воздействиям разт ных внешних факторов среды. Наиболее опасный из них - воздействие оператора, так как оно в больше! степени зависит от его индивидуаль ной подготовки и наиболее трудно, контролируются. Поэтому профессиональной подготовке оператора, мон тажника и регулировщика должно]

Таблица 5.1

Объект воздействия

Технологическая опер«ция

Воздействующий фактор

Возможные нарушения и отказы

Выводы

Рихтовка, формов-

Растягивающее

Растрескивание изолятора, вы-

ка и обрезка

усилие. Прижатие

зывающее нарушение герме-

вывода

тичности корпуса; деформация

выводов (пережатие, скручивание, излом)

Изолятор, основание Установка и при- Статическое усилие Растрескивание изолятора, вы-корпуса, гибкие соедине- клейка ИМС на прижатия корпуса зьшающее нарушение герме-ния, кристалл или под- плату, демонтаж к плате тичности. Деформация дна

ложка корпуса, вызывающая растре-

скивание и отрыв гибких проводников. Разрушение корпуса

Покрытие выводов

Входной контроль. Усилие рихтовка, формов- вывода ка и обрезка

прижатия Вмятины и царапины на выводах, приводящие к коррозии

Изолятор выводов, кри- Лужение, пайка, Перегрев выводов сталл, подложка, актив- демонтаж, сушка от припоя ные элементы и гибкие выводы

Покрытие, маркировка

Растрескивание изолятора, вызывающее нарушение герметичности. Отсла»шание подложки или кристалла (в случае их приклейки) от монтажной зоны корпуса, приводящее к обрыву гибких выводов

Повышенная тем- Термодеформация защитных пература покрытий кристаллов, приводя-

щая к обрыву гибких выводов

Флюсование, очист- Химическая актив- Коррозия покрытия или основ-ка, влагозащита, ность ного материала выводов и кор-

демонтаж пуса, нарушение целостности

(растворение) маркировочных обозначений и лакокрасочных покрытий

Пассивные и активные Все технологиче- Электрический за- Пробой оксида, деградация па-элементы ИМС, метал- ские операции ряд (количество раметров ИМС из-за пробоя в тизация, р-п переходы, воздействий, ем- полупроводниковой структуре защитный оксид кость и сопротивление в цепи разряда, разность потенциалов)



быть уделено самое тщательное внимание.

Основные виды возможных отказов ИМС при различных воздействиях приведены в табл. 5.1.

5.4. ФОРМОВКА И ОБРЕЗКА ВЫВОДОВ ИМС

Корпус ИМС должен обеспечивать сохранение внутри него относительно сухой атмосферы в течение всего срока службы микросхемы. Поэтому любые внещние воздействия не должны нарущать герметичность корпуса.

Любая поверхность веществ при нормальных условиях покрыта тонкой пленкой влаги толщиной от 0,01 до 0,001 мкм. Из-за малых размеров молекулы (2,7-10" м) и малой вязкости воды влага способна проникать даже в молекулярные промежутки сложных неорганических соединений. При этом происходят механическое разрушение материалов, изменение электрических свойств поверхностей, коррозия металлов и их сплавов. Чтобы избежать этого, герметизацию

корпусов ИМС обычно проводят в атмосфере сухого азота, где содержание воды не превышает 10".

Металлы, стекло и керамика, используемые для изготовления корпусов ИМС, практически газо- и влагонепроницаемы. Большинство пластмасс в той или иной степени гигроскопично. Чтобы сохранить сухую инертную атмосферу внутри корпуса, его швы между разнородными материалами дожны быть максимально герметичными. Согласно принятым нормам через спай с хорошей герметичностью при разности давления 10 Па в течение 30 лет натекает не более 1 см газообразного гелия (практически это означает абсолютную воздухонепроницаемость).

Металлы между собой соединяют пайкой мягкими или твердыми припоями, горячей или холодной сваркой или их комбинациями. Спаи стекла со стеклом или керамикой

осуществляют либо плавлением их при высоких температурах, либо склеиванием более легкоплавким стеклом. Герметизация металлостек-лянных спаев, с помощью которых от корпуса ИМС электрически изолируют выводы, представляет сложную техническую задачу. Это связано с тем, что большинство обычных стекол имеет низкие температурные коэффициенты линейного расширения (ТКР) и теплопроводности, тогда как в своем большинстве металлы хоро-. шо проводят тепло и имеют большие коэффициенты линейного расширения. Различие в скоростях нагрева и остывания стеклянных и металлических частей спаев и несоответствие коэффициентов линейного расширения приводит к механическим напряжениям и повреждению спаев. Применительно к условиям эксплуатации ИМС стекло и металл считаются совместимыми, если разность их ТКР не превышает 4-10- 1/°С.

Существенная особенность боль шинства типов корпусов ИМС заключается в том, что некоторая часть длины вывода находится под наплы- вом стекла (или керамики). Прн формовке выводов повреждать ег нельзя.

К корпусу ИМС предъявляются противоречивые требования. Так, кор пус должен обладать достаточной ме

ХанИЧеСКОЙ прочностью, что бы ВЫ;

держать нагрузки, возникающие npl производстве аппаратуры и ее эк(? плуатации, и в то же время должен иметь минимальные размеры, nprt-j чем его форма должна способствоват! получению наибольшего выигрыша по плотности монтажа РЭА. С этиИ

противоречием необходимо считаться» обеспечивая комплекс техническиз мероприятий, направленных на со-, хранение надежности ИМС при кон-, струировании и производстве аппара туры.

При выполнении технологических операций по подготовке ИМС к монтажу на печатную плату (рихтовка.


Рис. 5.1. Направление растягивающего усилия при формовке и обрезке выводов

Т77--


\Р,\Рз\Рг )


Рис. 5.2. Формовка и обрезка выводов микросхем

формовка и обрезка выводов) выводы подвергают растяжению, изгибу и сжатию. При этом растягивающее усилие Pi приложено к наиболее чувствительной к механическим воздействиям зоне корпуса ~ гермовводу (рис. 5.1). Если растягивающее усилие будет чрезмерным, в месте заделки выводов в корпус могут возникнуть трещины по стеклу или керамике тела корпуса, приводящие к немедленной или, что еще хуже, постепенной разгерметизации корпуса.

Рис. 5.3. Правильная и неправильная форм ка выводов планарного корпуса

Конструкция штампа для форм ки и обрезки выводов (рис. 5.2) до жна обеспечивать создание независ мых и последовательных усил прижатия Р2, формовки и обрез Р4. !Эги усилия подбирают таким чтобы обеспечить целостность галь нического покрытия выводов, прил жить минимальное растягивающ усилие вдоль оси вывода и получи заданную конфигурацию формовк При формовке и обрезке выводов д пускаются следы (отпечатки) от инс румента на них, не приводящие нарушению гальванического покр тия.

Штамп должен обеспечивать же кое крепление каждого вывода И вне зоны наплыва стекла или ке мики. Участок вывода на расстоян 1 мм от тела корпуса не дол ж подвергаться изгибающим и крут щим деформациям. При формов должны быть соблюдены допустим





0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 [33] 34 35 36 37 38 39 40

0.005