CC BY
65Взгляд в будущее.
Технологические тенденции развития электронных компонентов и сборки модулей на печатных платах
В «электронной сборке» (electronic assembly), как эту область принято называть на Западе, или в технологии сборки электронных модулей на печатных платах, время идет быстро, и сегодняшние технологические требования к сборочно-монтажным процессам обязывают производителей оборудования к немедленным ответным решениям.
Jeroen Schmits Gene Heiser John Kukovski
Universal Instruments Corporation (США)
Перевод и адаптация Андрея Калмыкова
Поскольку время, обусловленное требованиями рынка, на разработку, производство и последующее моральное старение и уход с рынка для электронного модуля стремительно сокращается, попытки прогнозирования технологических процессов электронной сборки на годы вперед иногда кажутся бесполезными.
Всего лишь несколько лет назад компоненты в корпусах TAB (Tape Automated Bonding) и соответствующая технология их подготовки, монтажа и пайки, казалось, устоялись в качестве переднего края стандартной промышленной технологии. Сегодня же технологии монтажа флип-чипов (flip chip) или BGA (Ball Grid Array) значительно укрепились на рынке и могут также претендовать на стандартные. Нельзя не отметить такое явление, как «нестандартные компоненты» (odd form components), которые время от времени осложняют жизнь технологам, заставляя их, в буквальном смысле слова, продевать нитку в иголку с ушком втрое меньшего диаметра.
С одной стороны, уследить на всеми нюансами технологических преимуществ того или иного процесса очень сложно, с другой стороны — цена ошибки очень высока. Производственные компании не могут себе позволить развивать технологии, которые в конечном счете оказываются тупиковыми. Один глаз всегда должен держать в поле зрения все, что происходит внутри фирмы, в то время как второй — присматривать за конкурентами. Между тем, проводится взвешенная оценка преимуществ того или иного технологического компонента (соответственно, техпроцесса) еще в момент его зарождения и раннего развития, и, при позитивном рассмотрении, принимаются меры по последующему внедрению этой новой технологии. Планирование подобного рода и вытекающие из него решения в идеале принимаются с учетом и параллельно с мерами по развитию уже имеющейся инфраструктуры по стандартным сборочно-монтажным технологическим процессам в отношении поверхностно-монтируе-мых (SMC), выводных (или компонентов «в отверстия») (IMC) и нестандартных компонентов.
Дабы не вводить нашего уважаемого читателя в заблуждение относительно терминологии, приведем краткие характеристики групп компонентов, именованных выше. Это полезно еще и с той точки зрения, что данные определения стали стандартными в мировой электронной сборке.
• Поверхностно-монтируемые компоненты (SMC или SMD). Их функциональное описание ясно из их определения. К этой группе относятся хорошо известные пассивные чип-компоненты в корпусах, различающихся по размеру (0805, 0603, MELF), и прочие ИС в базовых технологических корпусах SO, PLCC, OFP, BGA и т. д. Сюда же мы относим специализированные технологии, которые еще не стали стандартом электронной сборки или стали им относительно недавно (TAB, flip-chip, COB, DCA) и т. д., а также компоненты, которые не входят во все вышеперечисленные, однако также монтируются на поверхность подложки.
• Выводные компоненты (IMC или THT). Эта хорошо знакомая отечественным технологам группа компонентов включает традиционные пассивные компоненты с осевыми (аксиальными) выводами, пассивные и активные компоненты с радиальными выводами, а также интегральные схемы в DIP, СИП и других менее распространенных корпусах.
• Нестандартные компоненты (OFC). К этой группе компонентов, выделившейся относительно недавно, мы относим выводные компоненты, не вошедшие в IMC. Это самая пестрая группа компонентов, включающая в себя соединители, разъемы, трансформаторы, колодки, держатели, экраны и т. д. В зависимости от конкретного сборочно-монтажного технологического процесса один и тот же компонент может рассматриваться и как выводной, и как нестандартный, что делает задачу технологов еще более творческой. Эта группа является самой динамичной, поскольку при ее постоянном пополнении ряд нестандартных компонентов усилиями производителей либо становятся поверхностно-монтируемыми, либо переходят в категорию стандартных аксиально-радиальных.
Возвращаясь к теме существующих инфраструктур, использующих основные группы компонентов, то, поскольку они развивались по тому же пути, что и вся электронная промышленность, соответственно, результаты проверки каждой их них на эффективность и являются ключом к пониманию того, где электронная сборка окажется, скажем, через пять лет. Мы также можем почерпнуть из этого многое в понимании главных тенденций сегодняшнего дня и анализа специфики развития каждого из сегментов рынка.
Общими тенденциями, которые в целом будут определяющими в процессе сборки электронных модулей в ближайшие пять лет, являются:
• переход к более миниатюрным, более быстрым и более легким электронным модулям со все более возрастающей степенью функциональности;
• все более короткий срок жизни среднего изделия, за который полная оптимизация спектра компонентов и конструктива печатной платы является близкой к невозможной;
• возрастание степени интеграции компонентов (количества каналов ввода/вывода) и повышение рабочих частот;
• постепенный сдвиг непосредственного сборочно-монтажного производства от фирм-разработчиков и носителей брэнднэйм-из-делия (OEM) к специализированным фирмам, которые занимаются исключительно технологическими процессами сборочномонтажного цикла.
Система продаж и мобильности в размещении производства будут рассматриваться фирмами с общемировых позиций.
Будущее поверхностно-монтируемых компонентов (SMC)
Требования, предъявляемые технологическими процессами сборки поверхностно-мон-тируемых компонентов, становятся более жесткими, следуя общим тенденциям мировой электроники. В свою очередь, общие требования электронной индустрии становятся более серьезными, особенно когда это сопряжено с использованием преимуществ конструктива самой элементной базы.
Пассивные компоненты Неоспоримым фактом является то, что общемировое потребление дискретных пассивных компонентов, или чип-компонентов, продолжает свой быстрый рост. Если текущие темпы роста будут сохраняться, то общее потребление индустрии очень скоро достигнет одного триллиона чип-компонентов. Из этого количества наибольшие процентные доли приходятся на автомобильную электронику (30 %), средства связи (20 %) и производство компьютерной техники (10 %)1).
Относительное количество чипов в процентном отношении к общему числу компонентов на печатной плате в последние годы возросло также вследствие увеличения количества каналов ввода/вывода в среднем электронном модуле. Однако эта тенденция может и измениться, в первую очередь, из-за более широкого применения пассивных слоев на подложках и увеличения интеграции кремния. Размеры чип-компонентов продолжают уменьшаться, но эта тенденция спадает из-за увеличения стоимости компонента с уменьшением его размера, а также из-за потери коэффициента воспроизводимости многих сборочных систем при переходе, к примеру, от 0603 к 0402 или (не дай Бог!) от 0402 к 0201.
Широкое распространение пассивных компонентов в общем спектре элементов электронного модуля привело к возникновению новых технологий обращения с ними при сборке печатных плат. В качестве примера можно привести возрождение технологий подачи чип-компонентов в сборочные линии из россыпи (если быть более точным, то из специальных кассет), что снижает стоимость элементов из-за стоимости упаковки, увеличивает плотность упаковки и снижает объем производственных отходов за счет отсутствия остатков упаковочных лент.
Производство ИП для компонентов в такой упаковке было освоено ведущими производителями Японии и США еще несколько лет назад и сейчас уже становится стандартом электронной сборки.
Интегральные схемы в корпусах QFP с малым и сверхмалым шагом Общемировое потребление микросхем в пластиковых корпусах ОБР достигло почти 6 млрд еще в 1995 г. и с тех пор ежегодно возрастает примерно на 25 %. Эта тенденция сохранилась и до 2000 г. и, возможно, будет иметь место и далее.
Следует отметить значительный опыт, накопленный в Японии и США в сфере производства данных компонентов, а также весьма конкурентоспособное «ноу-хау», подкрепленное соответствующим оборудованием, которое позволяет выдерживать жесткие рамки техпроцессов, требуемые для поддержания высоких коэффициентов воспроизводимости при работе с микросхемами с шагом выводов от 0,4 до 0,25 мм.
В ближайшие годы наиболее важными вопросами при производстве корпусов ОБР будут следующие:
• ограничение периметра интегральной схемы будет и далее работать против естественного желания конструкторов повысить функциональность, или, другими словами: либо больше корпус компонента, либо меньше шаг выводов;
• процесс нанесения припойных паст методами трафаретной печати на контактные площадки QFP и далее будет оставаться основным процессом, вызывающим снижение коэффициентов воспроизводимости сборочной системы. Это уже сейчас приводит к тому, что автоматические системы оптической инспекции количества и качества нанесения припойной пасты становятся неотъемлемой частью даже относительно простых автоматических станков для трафаретной печати.
• как и сейчас, особое внимание будет уделяться аккуратному обращению с компонентом при формовке его выводов, тестировании и транспортировке на сборочное производство.
Компоненты TAB (Tape Automated Bonding)
Как известно, в технологии TAB кремниевые кристаллы крепятся к полимерной ленте, формирующей внутренние соединения выводов чипа. Присоединение выводов чипа к сборке второго уровня (голой печатной плате либо иной подложке) достигается при помощи внешних выводов полимерной ленты. Для соединения внешних выводов компонента TAB с подложкой обычно используются методы контактной пайки, пайки горячим газом или лазерной микросварки. Полностью технология TAB освоена только весьма ограниченным кругом ведущих технологических фирм мира.
Касаясь тенденций развития этой технологии, необходимо отметить, что TAB то периодически появляется в мировой электронной сборке, то опять уходит в тень.
Самым широким применением технологии TAB в США в настоящий момент является процессор Pentium для портативных персональных компьютеров (ноутбуков). За пределами США значительными применениями TAB являются различного рода жидкокристаллические драйверы на стекле. В обозримом будущем вероятно, что технология TAB скорее всего будет вытеснена из микропроцессорной индустрии такими компонентами, как BGA (Ball Grid Array) или флип-чип (flip chip). В качестве примера можно привести портативный компьютер Fujitsu Biblio Subnotebook, где Pentium выполнен в виде флип-чипа на мультичиповом модуле (MCM), или другие более современные системы.
Компоненты BGA (Ball Grid Array)
В последние годы вся инфраструктура BGA развивалась стремительно, и сейчас известно много видов этого типоразмера, включая пластиковые, керамические, металлические, стеклокомпозитные, ленточные и другие, а также микро-mBGA, более всего напоминающие собой открытые кристаллы, а не традиционные BGA.
1 Вся статистическая информация, используемая в данной публикации, предоставлена Universal Instruments Corporation.
Специализация Universal Instruments Corp.:
• автоматическая сборка и пайка электронных модулей на печатных платах с применением поверхностно-монтируемых (SMD) компонентов;
• автоматическая сборка и пайка электронных модулей на печатных платах с применением традиционных выводных компонентов с аксиальными и радиальными выводами, а также компонентов в DIP-корпусах;
• автоматическая сборка и пайка электронных модулей на печатных платах с применением нестандартных выводных и поверхностно-монтируемых компонентов;
• системная интеграция сборочных линий по сборке печатных плат, образующие решения «под ключ» (создание сборочно-монтажных комплексов);
• передача технологии электронной сборки.
Касаясь темы ценовой конкуренции между BGA и другими ИС с расположением выводов по периметру корпуса, следует дифференцировать ответ на этот вопрос в зависимости от конкретного применения, но тем не менее BGA является верным решением там, где количество каналов ввода/вывода ИС превышает 256. Использование корпуса BGA при количестве выводов менее, чем 256, может быть оправдано только преимуществами в функциональности, размере либо в общей стоимости электронного модуля.
Пайка BGA является отработанным и очень устойчивым процессом при наличии технологического оборудования и материалов надлежащего класса. С другой стороны, по сравнению с другими корпусами ИС, ремонт электронных модулей и визуальный контроль выводов BGA затруднены.
Интерес к BGA гораздо выше в Северной Америке, чем в Японии и Азии в целом. Более или менее заметные объемы в производстве этих компонентов были достигнуты в 1996 г., но составили только 50 млн штук. С тех пор их потребление растет очень быстро, поскольку его стимулирует большой интерес электронной отрасли мира к сложным компонентам с большим количеством каналов ввода/вывода.
Компоненты CSP (Chip-Scale Packages)
Малоизвестные отечественным технологам компоненты CSP пока не прошли период своего «младенчества» также в Японии и США. Тем не менее ведется работа по изучению всего изобилия возможных конструктивов и форм, например возможностей расположения выводов по заказу потребителя или подача компонентов в сборочные линии непосредственно из «вафельницы» (wafer) производителя.
В общем, CSP обычно определяется как компонент, размером не более, чем на 20 % превышающий размер самого кристалла. Первоочередными областями применения этих компонентов являются микросхемы памяти (особенно, флэш), микросхемы управления (аналого-цифровые преобразователи, логические схемы с низким количеством каналов входа/выхода и микроконтроллеры), схемы цифровой обработки (например, процессоры цифровой обработки сигнала (DSP)), а также микросхемы специального применения (ASIC) и микропроцессоры.
В компонентах CSP просматривается хорошая альтернатива флип-чипам, поскольку очевидны преимущества стандартного расположения контактных площадок, возможностей теста и прожига, а также отсутствия необходимости в специальном техпроцессе подготовки чипа. Однако широкое применение CSP следует ожидать не ранее, чем через несколько лет. Под большим вопросом в настоящий момент стоит надежность компонентов и их конкурентоспособная цена. Кроме того, инфраструктура CSP до сих пор находится в зачаточном состоянии.
Тем не менее много компаний, в том числе ряд очень крупных, ведут серьезную работу над этими критическими вопросами и уже в настоящее время производят высокофункциональные микросхемы, используя корпуса CSP.
Компоненты флип-чип (flip chip)
Эти компоненты заслуженно завоевали свое место под солнцем благодаря своим очевидным преимуществам, к которым относятся:
• экономия места на печатной плате;
• небольшая высота и незначительный вес;
• снижение стоимости материалов;
• сокращение длины соединений, что обеспечивает лучшие электрические параметры;
• меньшее количество соединений, что сокращает количество потенциальных узлов отказа и обеспечивает более эффективное распределение тепловой энергии.
Но как и все остальные, эта популярная технология, в последние годы в чем-то символизирующая передовые тенденции технологии монтажа на поверхность (SMT), имеет и свои минусы, вызывающие беспокойство:
• дороговизна технологии прикрепления (полусферических) выводов к кристаллу;
• чрезвычайно плотная разводка платы под посадочное место для флип-чипа, что приводит к повышению расходов на голую плату;
• больший объем работы технологов по оптимальному выбору флюсующих веществ и адгезивов в зависимости от вида флип-чипа, подложки и процесса;
• трудности в контроле качества техпроцесса флип-чипов, а также ремонта плат с их применением.
Кроме того, до сих пор не решен вопрос со стабильно высоким уровнем выхода годных кристаллов. Время цикла сборочной системы с применением технологии флип-чип может быть довольно долгим из-за этапов нанесения специальных материалов и процессов их отверждения. Особое внимание должно быть обращено на распределение тепловой энергии для обеспечения высокой надежности сборки.
Инфраструктура поддержки технологии флип-чип для электронной индустрии до сих пор развита не столь сильно, как других стандартных технологий.
Баланс всех вышеперечисленных факторов приводит к тому, что соотношение инвестиций и преимуществ при внедрении технологии флип-чип практически целиком зависит от конкретного применения и конечного электронного модуля.
Хотелось бы выделить следующие особенности в развитии технологии флип-чип:
• 60 % всего мирового потребления флип-чипов приходится на микросхемы с низким числом каналов ввода/вывода, используемых в производстве электронных часов и автомобильной электроники;
• далее следуют микросхемы со средним числом каналов ввода/вывода, используемые в драйверах дисплеев, модулях формата PCMCIA, а также изделиях компьютерной техники большего формата;
• и, наконец, микросхемы с числом каналов ввода/вывода от 2000 и выше, в которых используются исключительно кристаллы высокой степени надежности, как правило, монтируемые на керамические подложки;
• использование флип-чипов в изделиях высокой степени надежности будет сильно зависеть от отработки надежной и повторяе-
мой технологии их производства/подготовки;
Ожидается рост использования флип-чипов в портативных средствах связи, что, вероятно, будет актуально и для электроники России в ближайшие несколько лет, а также в изделиях компьютерной техники высокой степени сложности.
Корпусированный флип-чип будет иметь не худшие перспективы, чем открытый флип-чип, монтируемый на печатную плату (БСОБ). Перспективы сборочно-монтажных производств с применением SMD-компонентов 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.
Значительное влияние на автоматизированное оборудование для производства электронных компонентов и автоматизированные производственные системы сборки печатных плат исходит от потребителей сборочного оборудования, которые в качестве одного из главных требований выдвигают возможность адаптации всей этой инфраструктуры к своему сборочно-монтажному комплексу.
На протяжении следующих пяти лет сборочные линии будут вынуждены иметь дело с большим количеством различных видов компонентов, процессов и технологических применений. Монтажные автоматы будут базироваться на единой концепции, где всего лишь одна единица оборудования решает как можно более широкий круг задач.
В свою очередь, заказчики сборочного оборудования становятся все более практичными, и в скором времени приобретение отдельного станка для каждой отдельной задачи будет считаться непозволительной роскошью.
Также хотелось бы перечислить некоторые иные весомые тенденции в сборочно-монтажной индустрии, имеющие место в настоящее время:
• сборочные системы все более и более будут полагаться на программное обеспечение и зависеть от него;
• будет улучшаться коэффициент использования оборудования;
• качественные показатели сборки плат (в первую очередь реальные коэффициенты дефектов сборки) будут улучшаться, вовлекая в этот процесс все большее число производителей оборудования;
• ожидается сокращение удельной стоимости монтажа компонента, как простого, так и сложного;
• ожидается увеличение производительности в пересчете на 1 м2 площади помещения;
• как противовес проверенным и доминирующим концепциям сборочно-монтажных линий будет продолжаться проработка альтернативных концепций и оборудования в целях поиска преимуществ в конкуренции.
В целом, многие из этих тенденций применимы не только к сборочно-монтажному оборудованию в технологии монтажа на поверхность, но и в технологии выводных и нестандартных компонентов, а также сборки плат со смешанным монтажом.
Главным направлением при производстве электронных модулей остается снижение себестоимости сборки при поддержании стабильно высокого уровня качества. Проблемы себестоимости волнуют как фирмы-производители своих собственных изделий, так и фирмы, работающие под заказ.
Ужесточаются требования к большей контролируемости и предсказуемости сборочномонтажных процессов. К примеру, показатели точности монтажа SMD-компонентов предоставляются ведущими производителями с привязкой к уровню распределения погрешности не хуже 5а (сигма). Практически ушел в прошлое стандарт 3а — сейчас им пользуются только для спецификации оборудования, рассчитанного на работу с самыми простыми компонентами.
Достаточно обязательным стало и предоставление данных по окончательному коэффициенту дефектов сборки, вызванных самим оборудованием. Этот коэффициент также зависит от сложности обрабатываемых компонентов, но для критически сложных ИС не должен быть хуже 50 DPM (Defects per Million), или, в более привычном процентном выражении, 99,995 % годных.
Также становится весьма распространенной функция автоматического восстановления техпроцесса после той или иной ошибки платы, компонента или оператора, что снижает время простоя линии между двумя ближайшими моментами вмешательства оператора.
Процедуры замены тары с использованным компонентом, перехода от изделия к изделию, оптимизация сборочной линии и даже обучение операторов исследуются с точки зрения применения различных форм автоматизации на основе программного обеспечения, а также в сторону их упрощения. Это приводит к повышению относительного времени использования оборудования.
В целом, автоматические системы для сборки электронных модулей будут в гораздо большей степени полагаться на программное обеспечение. Это будет компьютеризированная техника, управляемая мощными контроллерами, способными обработать большой объем информации в реальном времени, с широким спектром функций точной механики. Безусловно, как механические, так и программные функции оборудования станут более сложными, но задача состоит в том, чтобы обеспечить даже более простое, чем сегодня, управление как отдельной машиной, так и комплексной линией на уровне оператора.
Нестандартные компоненты — новые рубежи привычной технологии Автоматизация такой технологической группы компонентов, как odd-form, всегда считалась дорогостоящим удовольствием, достижимым исключительно при помощи возможностей робототехники. Однако время перевернуло и этот постулат, и на рынке обору-
дования появились стандартные многофункциональные линии, успешно справляющиеся с данной задачей.
Последние годы ясно показали, что автоматизация процессов, связанных с нестандартными компонентами, приносит производителям электронных модулей существенные преимущества. Именно по этой причине инфраструктура поддержки данного направления технологии развивается столь быстро. Новые способы упаковки компонентов и наличие на рынке таких компонентов, которые способны выдерживать высокие температуры, используемые в процессах пайки оплавлением припойных паст, в конечном счете сделали возможным внедрение автоматизации сборочно-монтажной технологии этих компонентов как нового стандарта индустрии электронной сборки.
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.
1. Индустрия производства персональных компьютеров и периферийных устройств, например, принтеров, модемов и сетевых адаптеров.
2. Индустрия производства средств связи, например, электронных модулей для АТС различных уровней, а также изделий, которые составляют всю инфраструктуру сотовой связи (базовые станции).
3. Индустрия производства автомобильной электроники, например бортовых компьютеров и сенсорных устройств.
Нет сомнений в том, что и другие отрасли электроники получат в ближайшем будущем значительный выигрыш от внедрения автоматизации монтажа нестандартных компонентов. Однако такие вопросы, как немедленные накладные расходы, связанные с изменением упаковки компонентов, пока сдерживают ряд отраслей (по финансовым, либо стратегическим причинам) от попыток исследования технологии сборки нестандартных компонентов. Поскольку тенденция становится превалирующей и стоимость внедрения этой технологии снижается, автоматизация монтажа нестандартных компонентов станет одним из основополагающих факторов в сборочно-монтажной технологии в обозримом будущем.
Основные причины, заставляющие производителей рассматривать и внедрять автоматизацию нестандартных компонентов, следующие:
• желание избавиться от пайки волной припоя путем внедрения общей пайки в печах оплавления припойных паст и технологии пайки выводных компонентов этим же методом (комплекс технологий ЛЛИТ);
• первоочередные вопросы качества стабильно высоких скоростных показателей сборочного комплекса при поддержании должного коэффициента воспроизводимости производственной системы;
• возрастающее количество нестандартных компонентов в соответствующей технологической упаковке, которые способны вы-
держивать высокие температуры печей оплавления припойных паст;
• снижение стоимости процессов и материалов, связанных с упаковкой компонентов для автоматической сборки;
• создание нового поколения многофункциональных автоматических сборочных линий, способных решать задачи по автоматизации технологии сборки нестандартных компонентов.
Кроме того, важным вопросом является повсеместное удорожание рабочей силы, которое не обошло и нашу страну. Распространено мнение, что широкое привлечение ручного труда для сборочно-монтажных работ в РФ экономически оправдано. С этим можно согласиться лишь отчасти, и это абсолютно неверно в отношении крупных городов России. При объективной оценке рациональной доли ручного труда следует рассматривать еще и фактор должной квалификации персонала, особенно при работе в несколько смен. Наконец, фактор низкой стоимости рабочей силы не рекомендуется принимать в расчет при составлении бизнес-планов и расчета сроков окупаемости электронных производств, поскольку он нестабилен и имеет тенденцию к постоянному росту.
На Западе эти факторы скорее всего заставят компании-производители электронных изделий полностью избавиться от ручного труда при сборке печатных плат уже в обозримом будущем.
Цена ошибки в сборочно-монтажном процессе нестандартных компонентов очень велика. Например, если из-за ошибки оператора имеет место сдвиг компонента в процессе технологии PIP (Pin-in-Paste) или AART (альтернативная технология монтажа и пайки оплавлением), соединение между слоем припойной пасты и выводами компонента может быть нарушено и прочность паечного соединения окажется под вопросом.
В последнее время электронная промышленность мира быстро движется к установлению единых стандартов сборочно-монтажных технологий при использовании нестандартных компонентов. Когда это произойдет, технологи получат полную информацию о том, какие из нестандартных компонентов оптимально совместимы с какими сборочными системами, что сведет на нет различного рода догадки и риск получения некачественного результата.
Выводные компоненты (THT) — упрямая реальность...
Как известно, сборочно-монтажные технологические процессы с применением традиционных выводных компонентов стояли у истоков автоматизации индустрии электронной сборки. В свою очередь, зарождение технологии монтажа на поверхность и ее бурный рост в 80-е годы, который продолжился и в 90-е годы, породили у многих мнение о том, что обычные выводные компоненты доживают свой век, и эта технология уйдет в историю в скором будущем.
Однако во второй половине 90-х годов стало ясно, что технология сборки выводных компонентов выжила перед лицом монтажа
на поверхность, показав себя достаточно конкурентоспособной по ряду важнейших факторов. По иронии судьбы, ряд бурно развивающихся тенденций в области монтажа на поверхность нашли свое второе применение в технологии монтажа в отверстия. Например, в передовых автоматах для установки выводных компонентов широко используется технология сервоприводов, отлично зарекомендовавшая себя в линиях сборки поверхностно-монтируемых компонентов. Кроме того, ведущие производители линий установки выводных компонентов подняли планку уровня точности, повторяемости и воспроизводимости своего оборудования до уровня требований, предъявляемых обычно к более капризным техпроцессам, связанным с 8МТ. Как результат, технология компонентов в отверстия стала вновь популярной в ряде тех областей, где делала попытки закрепиться 8МТ.
Инфраструктура технологии монтажа в отверстия гораздо проще и потому эффективнее, чем технологии монтажа на поверхность. Это приводит к тому, что, например, в развивающихся странах сборочные процессы всегда начинают с технологии выводных компонентов, что выгодно и по экономическим причинам, поскольку электронными изделиями первой необходимости в таких странах являются, например, стационарные телефоны, телевизоры или холодильники, производимые, как правило, с подавляющим применением выводных компонентов. По мере того как идет экономическое развитие страны, возникает необходимость в наращивании производственной базы потребительской электроники, что также развивает технологию выводных компонентов. К сожалению, эти процессы пока не затрагивают РФ в сколь-нибудь значительном масштабе, однако заметны в постсоветских странах Средней Азии, в основном с участием азиатских соседей.
Хотелось бы отметить ряд других существенных тенденций в современной технологии сборки выводных компонентов:
• продолжающееся развитие в тех областях, где большое значение имеет сумма изначальных инвестиций, где низка стоимость рабочей силы и где квалификация операторов, обслуживающего персонала и технологов находится в состоянии развития;
• низкая стоимость сборки и низкая стоимость плат в развивающихся странах приводят к широкому использованию выводных компонентов в простых электронных модулях;
• обозначило свои границы технологическое явление, называемое «упрямыми» выводными компонентами (компоненты, которых не существует в поверхностно-монти-руемом виде либо они слишком дороги), которые находят свое применение в электронных модулях средней и высокой сложности при применении технологии смешанного монтажа — это силовые устройства (регуляторы напряжения, транзисторы, диоды, резисторы), а также ряд электролитических конденсаторов, потенциометров, индуктивностей, реле, коннекторов, держа-
телей, проволочных перемычек и оптоэлектронных устройств.
Ведущие производители оборудования для сборочно-монтажных процессов в технологии выводных компонентов видят своей главной задачей в ближайшем будущем значительное улучшение технологии сборки и разработки машин и систем нового поколения. Поддержка и инвестиции этого направления гарантированы, поскольку даже сейчас технология монтажа в отверстия обеспечивает наиболее низкую стоимость и наиболее высокую производительность (в пересчете на 1 м2 занимаемой площади), а потому имеет весьма прочные позиции в значительном количестве сборочных производств с большой программой выпуска.
Заключение
Взгляните на те знания и технологии, которые мировая электронная индустрия получила в последние два года, и на те два года, которые были перед ними. Иногда поражает та скорость, с которой технология появляется, вырастает, процветает и становится уже никому не нужной.
Ведущие профессиональные организации в электронной сборочной индустрии стараются помочь разобраться в этих быстроидущих процессах. Например, наша фирма идет путем организации консорциумов ведущих потребителей технологии. Список таких консорциумов весьма внушителен. Участвуют известные мировые концерны. В штаб-квартире Universal Instruments Corporation (г. Бингхэмтон, США) располагается исследовательский центр с известной Лабораторией монтажа на поверхность, которая стала инкубатором разработки и доведения до стандартного промышленного уровня таких популярных ныне технологий, как сборочные технологии BGA, DCA (Direct Chip Attach) и AART (альтернативная технология монтажа и пайки оплавлением).
Отрадно, что опыт и качество технологий Universal Instruments востребованы и признаны и отечественными технологами, как в технологии монтажа выводных компонентов, так и поверхностно-монтируемых, что свидетельствует об определенном развитии рынка нашей страны на протяжении последних 5 лет.
Основная тенденция электроники, господствующая в мире, применима и к России: индустрия электронной сборки должна производить больше, но с меньшими усилиями и за меньшие средства. Эта черта свойственна и другим отраслям.
Однако для сборочно-монтажной технологии будет и далее характерна концентрация на базовых достижениях отрасли при разработке и производстве изделий, но вместе с тем отслеживая завтрашние перспективные технологии. Эта отрасль не упустит своей возможности сыграть активную роль в развитии и утверждении технологий будущего. Н
Подготовлено по материалам «Electronic Assembly in the Next Millennium», «Innovation in Surface Mount Tecnology».
