Загадка черной капли

Все видели черные капли на платах электронных устройств, сейчас мы все знаем или хотя бы догадываемся что это такое. Но были времена, когда мы не знали, что это такое. Было страшно, страшно интересно, что же это такое. Предлагаю вспомнить о тех счастливых доинтернетных временах и о простых детских забавах, когда жизнь была полна загадок, и никто из взрослых не мог подсказать и разъяснить то, с чем мы сталкивались впервые.
Что ты такое
В современной терминологии «капля» на плате — это «Chip On Board», сокращённо COB. В обиходе чаще встречается название «Glob Top» (по смыслу та же капля), но такое наименование также регулярно используется и в патентах.
Как вы правильно догадываетесь, это такой очень дешёвый способ монтажа и корпусирования кристаллов микросхем, без изготовления для них отдельных подложек, корпусов и выводов. В качестве подложки выступает сама плата, в качестве корпуса капля чёрного компаунда, а выводов вообще нет — контактные площадки кремния соединяются сразу с дорожками платы.

В современной электронике принята пятиуровневая иерархия компонентов: кристалл, корпус кристалла, печатная плата, сборка плат, модуль, система. Технология COB занимает в ней особое место, промежуточное между первым и вторым уровнями (корпусом кристалла и печатной платой).

Такой способ монтажа позволяет существенно экономить деньги в массовом производстве, причём сразу на нескольких вещах. Не нужен материал для корпуса, подложки и выводов. Не нужна оснастка для корпусирования: не требуется пресс-форма и хитроумный держатель чипа в процессе соединения кристалла проволочками с рамкой из выводов. Не нужна последующая обрезка и формовка выводов.

Также не нужен последующий монтаж выводной микросхемы на плату, со всей этой пайкой, канифолью и канителью. От традиционной технологической цепочки остаётся всего две операции: установка всё те же соединительных проволочек, но из более дешёвых металлов, и заливка сборки компаундом.

Для начала чип, то есть заранее вырезанный кусочек кремния со сформированными микроструктурами на нём, просто приклеивается на плату в нужном месте на эпоксидный клей. Идеальная точность ориентации при приклеивании не особо важна, допустим небольшой осевой поворот. После этого контактные площадки чипа подсоединяются к плате проволочками с помощью специального оборудования.

Конечно, припаять проволочку толщиной в волос к слою металлизации на кристалле кремния обычным паяльником и припоем не получится. Тут используется примерно такая же оснастка, как и про корпусировании обычных микросхем. Вместо пайки применяются разные специальные виды сварки, например, лазерная или термо-ультразвуковая.


Проволочки, которыми соединяются терминалы чипа с дорожками на плате, могут быть серебряными, золотыми, алюминиевыми или медными. Насколько мне известно, в варианте с каплей этих целях применяют самый дешёвый вариант: алюминий.

Корпусирование, то есть заливка капли, также имеет свои нюансы. Прежде всего, это сам материал, который может отличаться временем полимеризации, химической совместимостью, хрупкостью, текучестью и иными параметрами — на этом поприще придумано и запатентовано немало изобретений. Стабильность полимеризации важна, чтобы этот процесс не оборвал соединительные проволочки.

Второй вопрос — как заливать. Есть два основных подхода: просто капнуть и пусть само течёт, либо же в два шага: сначала создаётся бортик из материала вокруг чипа, потом в получившийся тазик заливается основной материал. В этом деле есть множество хитростей, связанных с растеканием материала и выходом воздуха, и на эту тему также существует множество патентов.

Что касается окончательной полимеризации компаунда, она происходит в термокамере, что существенно повышает скорость процесса. В разных источниках мне попадались цифры порядка трёх-четырёх часов при температуре около 60 градусов.

Разумеется, у «капельной» технологии есть и недостатки. Очевидный — это неремонтопригодность, а чуть менее очевидный — низкая надёжность. Например, монтаж кристалла прямо на плату ухудшает отвод тепла. Если же применить к плате механическую нагрузку, она изгибается, а изгиб может нарушить целостность компаунда и привести либо к отклеиванию кристалла от платы, либо к натяжению соединительных проволочек. Обрыв любой из них — и устройство превращается в тыкву.

Ориентировочно технология появилась в середине 1960-х, и достигла массового производства в середине 1970-х. Первые капли могли варьироваться от едва-едва покрытого краской кристалла до капель разных цветов, форм и толщины. Например, они могли быть приплющены чем-то плоским сверху. Только к началу 1990-х они обрели свои свою финальную чёрную капельную форму, хотя первые её появления случались значительно раньше.

Технология капель продолжает широко применяться и сегодня в массовом производстве самой разнообразной недорогой электроники.

Капли не встретить в ноутбуках, телефонах, планшетах, в автомобильной электронике — в дорогостоящих приборах, где требуется надёжность и какая-никакая ремонтопригодность в течение срока гарантии. Но они встречаются повсеместно в копеечной компьютерной периферии типы клавиатур и мышек, в калькуляторах, мультиметрах, в электронных игрушках и карманных приставках, на платах контроллеров ЖК-дисплеев и много где ещё. Даже на платках, воспроизводящих звуковые эффекты — до сих пор можно купить и такие. В общем, всюду, где очень низкая себестоимость важнее надёжности.

Сама же технология не особо меняется с начала 1990-х годов, по крайней мере, для неискушённого пользователя. С виду это всё тот же чёрный блестящий или матовый компаунд в форме выпуклой капли, как правило, не очень чёткой формы, а в его глубинах — кристалл и проволочки. Хотя химия и детали процесса наверняка претерпевали изменения и усовершенствования.

Взято Хабр








Размещено через приложение ЯПлакалъ