התאמה של חלקים להתקנה משטחית שאינם אטומים לתהליכי הרכבה באמינות גבוהה של הלקוחות
Jonid Xhakollari, Mini-Circuits
השילוב המושלם של מוצר בתוך תהליך ההרכבה של הלקוח יכול להיות קריטי להצלחה של אותו מוצר כמו הביצועים החשמליים. חברת Mini-Circuits ויצרנים רבים של רכיבי ת”ר (RF) וגלי מיקרו בונים רכיבים להתקנה משטחית, שאמורים להיות מולחמים על המעגלים המודפסים של הלקוחות, כשהם נעזרים בתהליך הלחמת גל. לאחר הלחמת הגל, יש לנקות את המעגל המודפס על מנת להסיר ממנו כדורי בדיל, חומר עזר להלחמה (flux), משקעי מלח וחומרי פסולת אחרים. מאחר שקיימות כמה שיטות ניקוי, התעשייה – ובמיוחד יצרנים של ציוד המיועד ליישומים צבאיים וליישומי אמינות גבוהה אחרים – נטו לעבר שטיפה במים. לאחר מכן ציפו את המעגל, על מנת להגן על המעגל מפני לחות ותנאי סביבה קשים אחרים. תהליך זה הציב אתגרים ייחודיים לשילוב של חלקים להתקנה משטחית בתוך מכלולים של לקוחות, במיוחד רכיבים עם מארזים בסגנון פתוח ואטום למחצה.
מאמר זה מציג טכניקה קניינית שפותחה על ידי חברת Mini-Circuits על מנת להתאים רכיבים להתקנה משטחית שאינם אטומים כדי לשמר אמינות גבוהה לאחר שטיפה במים וציפוי אחיד בתהליך ההרכבה אצל הלקוחות..
סיכוני אמינות של חלקים להתקנה משטחית פתוחים ואטומים למחצה
את החלקים להתקנה משטחית של Mini-Circuits אפשר לסווג לשלושה מארזים בסיסיים:
- התקני MMIC נתונים במארז פלסטיק. דוגמאות כוללות את המארזים בסגנון QFN ו- SOT-89. שבב מוליך למחצה מחובר בחיווט אל רפידות חיבור ונאטם בתוך מארז פלסטיק אטום.
- מארזים קרמיים, אטומים באופן הרמטי לדרישות אמינות גבוהה. למשל, ערבלים מסדרת MAC, משלבים שבב מוליך למחצה על בסיס גליום-ארסנייד (GaAs) עם חיבור חוטי אל כדוריות שמשובצות במצע LTCC בריבוי שכבות. השבב אטום באופן הרמטי באווירה מבוקרת בחנקן.
- מכלולי רכיבים במעגל מודפס אטומים למחצה כגון מתנדים מבוקרי מתח (VCO), מסננים, ערבלים ומרבבי תדר (diplexer). המעגל חשוף לחלוטין או שהוא מסוכך בתוך מארז שאינו אטום.
בדרך כלל, רכיבים שנתונים במארזים מפלסטיק ואטומים באופן הרמטי מתאימים היטב לתהליכי הרכבה באמינות גבוהה, ללא כל התאמות מיוחדות. לעומתם, רכיבים פתוחים ואטומים למחצה חשופים לשינויים של הביצועים ואפילו לכשלים חמורים כשהם חשופים לתנאים שמתקיימים בתהליכים של שטיפה במים וציפוי אחיד. במהלך שטיפת המים, הרכיבים חשופים למים מיוננים ולחומרי ניקוי של המעגל המודפס בלחץ ובטמפרטורה גבוהים, שיכולים לחדור אל תוך מארז היחידה ולהילכד בה. לאחר השטיפה במים, לחות לצד כל מיני חומרי זיהום שנלכדו בתוך המארז של היחידות האטומות למחצה יכולים לגרום לגידול של גבישים דנטריטיים, לקצר, לקורוזיה (איכול) ולמגוון של סיכונים אחרים ידועים שפוגמים באמינות.
מכלולי רכיבים פתוחים נחשבים לבעייתיים פחות ממכלולים אטומים למחצה בהקשר ללחות שנלכדה, אך עבור כמה מבנים פתוחים רגישים יותר כגון מסננים ומרבבי תדר, הציפוי האחיד של הלקוחות יכול לשנות את המאפיינים הדיאלקטריים של המעגל, ולגרום להסטות בביצועי הת”ר. למשל, ערבלים ומגבלים (limiter) בדרך לא ייפגעו מהמגע עם הציפוי האחיד, לעומתם מתנדים מבוקרי מתח ומרבבי תדר רגישים ובלתי מתאימים לציפוי אחיד, למעט במקרים שהם מוכללים בתוך מארזים אטומים.
הפתרון: שיטת איטום קניינית
בעולם אידיאלי, היינו פשוט מאמצים את המארז האטום באופן הרמטי עבור כל דבר כדי שהוא יעמוד בפני תהליכי ההרכבה של הלקוחות, אך יש מגבלות מעשיות לפתרון הזה. מארז הרמטי מוסיף עלות משמעותית לרכיב, וכמו כן מאוד לא מעשי לייצר מארזים אטומים באופן הרמטי עבור מבנים גדולים יותר. כך נוצרה שאיפה להשיג טכניקה חלופית שבה אפשר יהיה להתאים רכיבים להתקנה משטחית פתוחים ואטומים למחצה עבור מכלולים באמינות גבוהה מבלי להוסיף עלות חיצונית או חוסר נוחות טכנית לתהליך.
כתגובה לדרישות הלקוחות לרכיבים פתוחים ואטומים למחצה בקטלוג שלנו עבור מערכות שעוברות תהליכי הרכבה באמינות גבוהה, פיתחה חברת Mini-Circuits שיטת איטום קניינית כדי להגן על הרכיבים האלו במהלך תהליך השטיפה במים ולאפשר להם לפעול בצורה אמינה בתוך הציפוי האחיד של הלקוח. שכבה מיוחדת הקודמת לציפוי נוספה באזורים מסוימים של היחידה של Mini-Circuits, שמונעת מגע ישיר של תמיסת הניקוי ושל הציפוי האחיד של הלקוח עם המעגל הרגיש של היחידה. ציפוי ראשוני זה עבר התאמה כדי שיעמוד בתנאי הלחמת הגל של הלקוח, השטיפה במים ותהליכי הציפוי האחיד ללא תקלות או שינויים בביצועי ת”ר.
שכבת הציפוי הראשוני אוטמת את האזורים הרגישים של היחידה, כך שבתהליך הלחמת הגל של הלקוח, אין חלחול של חומר הלחמה או היווצרות של כדורי חומר הלחמה במבנה האטום, שאחרת היה גורם לבעיות של אמינות. אפשר להשתמש בטכניקה חסכונית זו כדי להתאים רכיבים להתקנה משטחית פתוחים או אטומים למחצה בקטלוג של Mini-Circuits כדי לשמר את האמינות בתהליכים הרכבה לאמינות גבוהה תוך עלייה מזערית בעלות.
מסקנה:
המגמה של שטיפה במים וציפוי אחיד ביישומים לאמינות גבוהה משמעה שרכיבים שפעם שימשו באופן נרחב, יהיו בצורתם הרגילה לא מתאימים באופן גובר לשילוב בתהליכי הרכבה של הלקוח. למרבה המזל, Mini-Circuits פיתחה גישה כדאית מבחינת עלות להתאמה של רכיבים להתקנה משטחית שאינם אטומים לקבלת אמינות בלתי רגילה בתהליכי ההרכבה של הלקוחות, המעורבים בשטיפה במים ובציפוי אחיד. כך ניתן ללקוחות החופש לבחור רכיבים ללא מגבלות בהתבסס על סוג המארז. אפשר להתאים חלקים פתוחים ואטומים למחצה ללקוחות המשתמשים בשטיפת מים ובציפוי אחיד מבלי להוסיף עלות חריגה או מורכבות לתכנון הלוח המודפס שלהם או לתהליכי ההרכבה שלהם.
