lutowanych, ³¹cz¹ce ze sob¹ tylko wybrane

pary styków,

q

po³¹czenie z anizotropowo przewodz¹-

cym klejem, które przewodz¹ jedynie pod

pewnym naciskiem, co pozwala na równo-

mierne nak³adanie kleju na pod³o¿e,

q

po³¹czenie z klejem bez przewodz¹ce-

go wype³niacza; klej bez wype³niacza me-

talicznego jest z natury nieprzewodz¹cy,

a jedynie zapewnia kontakt elektryczny

styków podzespo³u i pod³o¿a.

Obecnie w technice monta¿u powierzchnio-

wego SMT najbardziej rozpowszechnione

jest stosowanie klejów przewodz¹cych izo-

tropowo ICA (Isotropically Conductive Ad-

hesive), dostarczanych w postaci pasty

lub folii. Materia³ ten to substancja klej¹ca

(lub termoutwardzalna), wype³niona du¿¹

iloœci¹ metalowego py³u (wagowo 60% do

80%). Podczas klejenia z py³u metalowe-

go powstaje przestrzenna sieæ przewo-

dz¹ca. Przewodz¹cym wype³niaczem jest

najczêœciej specjalna mieszanina p³atków

i kuleczek srebrnych o œrednicy najczê-

œciej od 1 do 20

µ

m. Stosowane s¹ te¿ in-

ne materia³y, jak np. stop srebra z platyn¹,

z³oto, miedŸ, nikiel, aluminium lub grafit. Po-

niewa¿ klej ICA jest materia³em przewodz¹-

cym, wiêc powinien byæ nak³adany tylko na

³¹czone kontakty, w przeciwnym przypad-

ku mog¹ powstawaæ zwarcia z s¹siednimi

kontaktami.

Kleje przewodz¹ce anizotropowo ACA (Ani-

sotropically Conductive Adhesive) dostar-

czane w postaci pasty, lub folii, sk³adaj¹ siê

z substancji klej¹cej, w której rozprowa-

dzono znacznie mniejsz¹ iloœæ metaliczne-

go wype³niacza (wagowo ok. 20%, objêto-

œciowo ok. 5%) w postaci ziarenek o wiel-

koœci od 3 do 10

µ

m. Metalicznym wype³-

niaczem s¹ w danym przypadku kuleczki

polimerowe pokryte niklem, z³otem, lub ich

kombinacj¹. Z tego powodu klej ten nie

jest sam z siebie przewodz¹cy, a dopiero

w procesie monta¿u dochodzi do bezpoœre-

dniego kontaktu elektrycznego pomiêdzy

³¹czonymi elementami (st¹d okreœlenie

”klej anizotropowy”). Dziêki temu przy wy-

konywaniu po³¹czeñ elektrycznych z wy-

korzystaniem kleju ACA zwarcia pomiêdzy

s¹siednimi stykami nie wystêpuj¹.

Przy trzeciej metodzie (z klejem bez przewo-

dz¹cego wype³niacza) kontakty elektryczne

stykaj¹ siê bezpoœrednio, a klej s³u¿y jedy-

nie do zamocowania elementów.

W zasadzie wartoœæ rezystancji po³¹cze-

nia klejonego nie zale¿y od rezystywnoœci

samego kleju ³¹cz¹cego kontakty elektrycz-

ne. W przypadku wszystkich trzech metod

po³¹czeñ klejonych rezystancja przejœcia

zawiera siê w granicach od 1 do 100

m

Ω

/mm

2

i mo¿na j¹ ustaliæ eksperymental-

nie. Rezystancja przejœcia kontaktów ³¹-

czonych klejem jest porównywalna z po³¹-

czeniami lutowanymi.

14

Radioelektronik Audio-HiFi-Video 9/2003

W monta¿u

powierzchniowym

alternatyw¹ dla po³¹czeñ

lutowanych jest

stosowanie klejów

przewodz¹cych.

Z

nana jest szkodliwoœæ o³owiu dla

zdrowia cz³owieka. Najlepszym

przyk³adem mo¿e byæ obowi¹zu-

j¹cy od dawna zakaz u¿ywania

rur o³owianych w wodoci¹gach dostarczaj¹-

cych wody pitnej. Z drugiej strony, wci¹¿

jeszcze najpowszechniej stosowanym

w urz¹dzeniach elektronicznych lutowiem

jest stop cyny z o³owiem (nie licz¹c innych

dodatków). Jednak¿e miêdzynarodowe

organizacje ekologów dopatruj¹ siê w wyko-

rzystywaniu w³aœnie takich lutów cynowo-

o³owiowych jednej z przyczyn zanieczy-

szczania naszego œrodowiska. Stop cyny

i o³owiu charakteryzuje siê, jak wiadomo,

stosunkowo nisk¹ temperatur¹ topnienia,

co podczas monta¿u zmniejsza nara¿enie

na szok termiczny podzespo³ów i przewo-

dz¹cych œcie¿ek na p³ytach z obwodami

drukowanymi. Szczególnie wa¿ne jest to

w przypadku monta¿u podzespo³ów o kon-

strukcji FBGA (Fine-Pitch Ball Grid Array),

np. z obudowami typu FBGA224 o wymia-

rach 16 x 16 mm, maj¹cymi 224 kuleczki lu-

towia rozmieszczone w rastrze 0,8 mm.

Stosowane dotychczas lutowia to stopy

Sn63Pb37 (temperatura topnienia 183

o

C)

lub Sn62Pb36Ag2 (179

o

C). Ekologiczn¹

alternatyw¹ s¹ lutowia w postaci stopów

nie zawieraj¹cych o³owiu, takich jak np. Sn-

Ag-Cu, albo Sn-Ag-Bi-Cu. Stopy te maj¹

jednak znacznie wy¿sz¹ temperaturê topnie-

nia wynosz¹c¹ oko³o 220

o

C i s¹ dro¿sze.

£¹czone elementy musz¹ zatem wytrzy-

maæ przez trwaj¹cy oko³o 10 sekund proces

lutowania temperaturê oko³o 260

o

C, co dla

wielu podzespo³ów wra¿liwych na tempera-

turê jest wartoœci¹ graniczn¹, w szczególno-

œci dla p³yt z laminatu epoksydowego z w³ók-

nami szklanymi.

W przypadku dominuj¹cego obecnie mon-

ta¿u powierzchniowego (SMT) interesuj¹c¹

alternatyw¹ dla po³¹czeñ lutowanych jest

stosowanie klejów przewodz¹cych. W tabli-

cy zestawiono pod³o¿a ró¿nego rodzaju

i mo¿liwoœæ stosowania w ich przypadku

po³¹czeñ lutowanych lub klejonych.

Rozró¿nia siê trzy metody klejenia (rys.):

q

po³¹czenie z izotropowo przewodz¹cym

klejem, najbardziej zbli¿one do po³¹czeñ

KLEJENIE ZAMIAST LUTOWANIA

r

PORADNIK

ELEKTRONIKA

Pod³o¿e Lutowanie

Klejenie

Laminaty epoksydowe FR4/FR5

+

_

Folie poliimidowe

+

+

Al

2

O

3

(technika hybrydowa)

+

+

Folie poliestrowe (PET)

_

+

Folie poliestrowe (PEN)

+

+

Wypraski MID*

_

+

Mo¿liwoœci stosowania po³¹czeñ lutowanych i klejo-

nych dla ró¿nych pod³o¿y

* MID _ Moulded Interconnect Device (profilowane ele-

menty po³¹czeniowe)

Klej przewodz¹cy izotropowo

Klej przewodz¹cy anizotropowo

Klej bez przewodz¹cego wype³niacza

Podzespó³

Wype³nienie

przewodz¹cym

klejem

Pod³o¿e

Pod³o¿e

Pod³o¿e

Podzespó³

Wype³nienie

klejem prze-

wodz¹cym

Podzespó³

Klej nieprze-

wodz¹cy

Klejenie w porównaniu z lutowaniem wy-

kazuje lepsze w³aœciwoœci mechaniczne

dziêki mniejszym naprê¿eniom termicznym.

Z punktu widzenia niezawodnoœci po³¹czeñ

ogromne znaczenie ma równie¿ jakoœæ me-

talizacji podzespo³ów i œcie¿ek po³¹czenio-

wych. Z tego wzglêdu pierwszymi zastoso-

waniami praktycznymi by³y bloki elektroniki

steruj¹cej dla potrzeb motoryzacji, to znaczy

tam, gdzie warunki pracy zmieniaj¹ siê

w szerokich granicach temperatur, wilgotno-

œci i wstrz¹sów i wymagana jest ¿ywotnoœæ

10

÷

15 lat.

Po³¹czenia wykonywane przy pomocy klejów

anizotropowych lub klejów bez wype³niacza

nadaj¹ siê szczególnie w przypadku podze-

spo³ów typu QFP (Quad-Flat-Pack) z 160

kontaktami. Próby wykaza³y, ¿e zapewniaj¹

przy tym rezystancjê przejœcia kontaktów

mniejsz¹ ni¿ 10 m

Ω

oraz doskona³¹ me-

chaniczn¹ wytrzyma³oœæ przy monta¿u na

Trzy metody klejenia a _ z klejem przewodz¹cym

izotropowo, b _ z klejem przewodz¹cym anizotropo-

wo, c _ z klejem bez przewodz¹cego wype³niacza

a)

b)

c)

MONT

MONT

A¯ POWIERZCHNIOWY _ KONSTRUKCJA I TECHNOLOGIA

A¯ POWIERZCHNIOWY _ KONSTRUKCJA I TECHNOLOGIA

≤

50

µ

m

5

÷

10

µ

m

0

÷

1

µ

m

szklano-epoksydowym podk³adzie typu FR4 o gruboœci 1,5 mm

i nominalnej gruboœci œcie¿ek miedzianych 35

µ

m. Próbne egzem-

plarze badano podczas 1000 cykli zmian temperatur w zakresie

od _ 55 do +125

o

C, poddawano próbom wytrzyma³oœciowym

przez 2000 godzin w atmosferze o temperaturze 85

o

C i wilgotno-

œci wzglêdnej 85%.

Naprawa bloków elektronicznych z podzespo³ami ”przyklejonymi”

jest w zasadzie mo¿liwa. Usuwanie ”przyklejonych” podzespo³ów

wymaga ich podgrzania do temperatury, przy której wyst¹pi miêk-

niêcie kleju. Potem po usuniêciu œladów starego kleju mo¿na

przyklejaæ nowy, sprawny podzespó³. Ze wzglêdów ekonomicznych

taki zabieg mo¿e byæ celowy jedynie w przypadku unikalnych

bloków kosztownej elektroniki.

Prace nad omawian¹ technologi¹ prowadzone s¹ w szczególno-

œci przez naukowców z Instytutu Fraunhofera w Niemczech. Pod-

sumowuj¹c ich osi¹gniêcia mo¿na stwierdziæ, ¿e technika po³¹czeñ

klejonych ma miêdzy innymi nastêpuj¹ce zalety:

q

mo¿liwoœæ stosowania rozmaitych kombinacji przy klejeniu

kontaktów do œcie¿ek na p³ycie (z mo¿liwoœci¹ stosowania tanich

materia³ów),

q

du¿a ró¿norodnoœæ substancji klej¹cych pozwala na dobranie

najbardziej odpowiednich parametrów,

q

niskie temperatury obróbki zmniejszaj¹ce nara¿enie podze-

spo³ów na szoki termiczne,

q

zbêdnoœæ stosowania topników i ich usuwania, co eliminuje mo¿-

liwoϾ korozji,

q

mo¿liwoœæ kombinowania technologii klasycznego lutowania

i dodatkowego ”doklejania” podzespo³ów wra¿liwych na tempe-

raturê,

q

mo¿liwoœæ wykonywania po³¹czeñ styków w rastrze docho-

dz¹cym do 0,3 mm.

n

Jerzy Chmielewski

LITERATURA

[1] Gesang T., Schäfer H., Maurieschat U., Pohlman W., Kotthaus S.: Kleben statt löten.

Elektronik, nr 23, 25, 2002

[2] www.ifam.fraunhofer.de

Radioelektronik Audio-HiFi-Video 9/2003

AUTOBUSEM ELFA PRZEZ POLSKÊ

Jak co roku ELFA Polska zaprasza

do odwiedzenia autobusu-wystawy

prezentuj¹cej nowe przyrz¹dy, na-

rzêdzia oraz elementy elektroniczne

i elektryczne z oferty firmy. Od 18

sierpnia do 10 paŸdziernika autobus

ELFA bêdzie mo¿na spotkaæ na XI

Miêdzynarodowym Salonie Przemys³u Obronnego w Kielcach, na

Krajowym Sympozjum Telekomunikacji w Bydgoszczy i na targach

”ENERGETAB” w Bielsku Bia³ej, ”Controltech” w Kielcach, ”Eurotool”

w Krakowie a tak¿e w wybranych firmach m.in. w Gdañsku, Elbl¹gu,

Olsztynie, Warszawie i Katowicach. W autobusie bêdzie mo¿na otrzy-

maæ katalog ELFA nr 51. Firmy zainteresowane przyjazdem autobu-

su-wystawy mog¹ siê kontaktowaæ: tel. [phone], faks (0 22)

520 22 20. Szczegó³owa informacja na www.elfa.se/pl.

(f)