Klasifikace polovodičových součástek a jejich aplikace v měničích energie a přenosu informace. Kryt polovodičových součástek pro povrchovou montáž Vlastnosti montáže polovodičových součástek a mikroobvodů

Aby se zabránilo poškození polovodičových zařízení během instalace, je nutné zajistit, aby jejich svorky byly stacionární v blízkosti pouzdra. Za tímto účelem ohněte vývody ve vzdálenosti alespoň 3...5 mm od těla a proveďte pájení nízkoteplotní pájkou POS-61 ve vzdálenosti alespoň 5 mm od těla zařízení, zajišťující odvod tepla mezi tělo a pájecí bod. Pokud je vzdálenost od pájecího bodu k tělesu 8...10 mm nebo více, lze to provést bez přídavného chladiče (během 2...3 s).

Přepájení při instalaci a výměně jednotlivých dílů v obvodech s polovodičovými součástkami by se mělo provádět při vypnutém napájení pomocí páječky s uzemněným hrotem. Při připojování tranzistoru k obvodu pod napětím musíte nejprve připojit bázi, poté emitor a poté kolektor. Odpojení tranzistoru od obvodu bez odstranění napětí se provádí v opačném pořadí.

Pro zajištění normální provoz Polovodičová zařízení na plný výkon vyžadují použití dalších chladičů. Jako chladiče se používají lamelové radiátory z červené mědi nebo hliníku, které se umisťují na zařízení. Při navrhování obvodů s širokým teplotním rozsahem provozu je třeba vzít v úvahu, že s rostoucí teplotou nejen přípustný výkon disipace mnoha typů polovodičových součástek, ale také přípustná napětí a proudy přechodů.

Provoz polovodičových součástek by měl být prováděn pouze v rozsahu požadovaných provozních teplot a relativní vlhkost by měla být do 98 % při teplotě 40 °C; atmosférický tlak - od 6,7 10 2 do 3 10 5 Pa; vibrace se zrychlením až 7,5g ve frekvenčním rozsahu 10...600 Hz; opakované nárazy se zrychlením do 75g; lineární zrychlení až 25 g.

Zvýšení nebo snížení výše uvedených parametrů negativně ovlivňuje výkon polovodičových součástek. Změna rozsahu provozních teplot tedy způsobuje praskání polovodičových krystalů a změny elektrických charakteristik zařízení. Navíc vlivem vysokých teplot dochází k vysychání a deformaci ochranných povlaků, uvolňování plynů a tavení pájky. Vysoká vlhkost podporuje korozi pouzder a svorek v důsledku elektrolýzy. Nízký tlak způsobuje pokles průrazného napětí a zhoršení přenosu tepla. Změny ve zrychlení nárazů a vibrací vedou ke vzniku mechanického namáhání a únavy v konstrukčních prvcích, jakož i k mechanickému poškození (až k oddělení vodičů) atd.

Pro ochranu před účinky vibrací a zrychlení musí mít konstrukce s polovodičovými součástkami tlumení nárazů a pro zlepšení odolnosti proti vlhkosti musí být potažena ochranným lakem.

Montáž a utěsnění mikroobvodů a polovodičových součástek zahrnuje 3 hlavní operace: připevnění krystalu k základně obalu, připojení vývodů a ochranu krystalu před vnějším prostředím. Stabilita elektrických parametrů a spolehlivost konečného výrobku závisí na kvalitě montážních operací. Volba způsobu montáže navíc ovlivňuje celkovou cenu výrobku.

Připevnění krystalu k základně pouzdra

Hlavními požadavky při uchycení polovodičového krystalu na základnu pouzdra jsou vysoká spolehlivost spojení, mechanická pevnost a v některých případech i vysoká úroveň přenosu tepla z krystalu do substrátu. Spojování se provádí pájením nebo lepením.

Lepidla pro montáž krystalů lze rozdělit do dvou kategorií: elektricky vodivá a dielektrická. Lepidla se skládají z lepícího pojiva a plniva. Pro zajištění elektrické a tepelné vodivosti se do lepidla obvykle přidává stříbro ve formě prášku nebo vloček. K vytvoření tepelně vodivých dielektrických lepidel se jako plnivo používají skleněné nebo keramické prášky.

Pájení se provádí pomocí vodivých skleněných nebo kovových pájek.

Skleněné pájky jsou materiály složené z oxidů kovů. Mají dobrou přilnavost k široké škále keramiky, oxidů, polovodičových materiálů, kovů a vyznačují se vysokou odolností proti korozi.

Pájení kovovými pájkami se provádí pomocí vzorků pájky nebo podložek daného tvaru a velikosti (předtvarů) umístěných mezi krystal a substrát. V hromadné výrobě se pro montáž krystalů používá specializovaná pájecí pasta.

Spojovací vodiče

Proces připojení vývodů krystalu k základně obalu se provádí pomocí drátu, pásky nebo pevných vývodů ve formě kuliček nebo paprsků.

Instalace drátu se provádí termokompresí, elektrickým kontaktem nebo ultrazvukovým svařováním pomocí zlatého, hliníkového nebo měděného drátu/pásek.

Bezdrátová instalace se provádí pomocí technologie „invertovaných krystalů“ (Flip-Chip). Na čipu se při procesu pokovování tvoří tvrdé kontakty ve formě paprsků nebo kuliček pájky.

Před nanesením pájky je povrch krystalu pasivován. Po litografii a leptání jsou kontaktní plošky krystalu dodatečně pokoveny. Tato operace se provádí za účelem vytvoření bariérové ​​vrstvy, zabránění oxidaci a zlepšení smáčivosti a adheze. Poté se tvoří závěry.

Nosníky nebo kuličky pájky se tvoří elektrolytickým nebo vakuovým nanášením, plněním hotovými mikrokuličkami nebo sítotiskem. Krystal s vytvořenými vývody se obrátí a nasadí na substrát.

Chrání krystal před vlivy prostředí

Charakteristiky polovodičového zařízení jsou do značné míry určeny stavem jeho povrchu. Vnější prostředí má významný vliv na kvalitu povrchu a tím i na stabilitu parametrů zařízení. tento efekt se během provozu mění, proto je velmi důležité chránit povrch zařízení pro zvýšení jeho spolehlivosti a životnosti.

Ochrana polovodičového krystalu před vlivem vnějšího prostředí se provádí v konečné fázi montáže mikroobvodů a polovodičových součástek.

Těsnění lze provést pomocí pouzdra nebo v provedení s otevřeným rámem.

Těsnění skříně se provádí připevněním víka skříně k základně pomocí pájení nebo svařování. Kovová, kov-skleněná a keramická pouzdra zajišťují vakuotěsné těsnění.

Kryt lze v závislosti na typu pouzdra připájet pomocí pájek na sklo, pájky na kov nebo slepit lepidlem. Každý z těchto materiálů má své výhody a je vybírán v závislosti na řešených úkolech.

Pro bezobalovou ochranu polovodičových krystalů před vnějšími vlivy se používají plasty a speciální odlévací hmoty, které mohou být po polymeraci měkké nebo tvrdé v závislosti na úkolech a použitých materiálech.

Moderní průmysl nabízí dvě možnosti plnění krystalů kapalnými sloučeninami:

1. Náplň směsí střední viskozity (glob-top, Blob-top)
2. Vytvoření rámu z vysokoviskózní směsi a vyplnění krystalu nízkoviskózní směsí (Dam-and-Fill).

Hlavní výhodou kapalných sloučenin oproti jiným metodám krystalového těsnění je flexibilita dávkovacího systému, která umožňuje použití stejných materiálů a zařízení pro různé typy a velikosti krystalů.

Polymerová lepidla se rozlišují podle typu pojiva a typu výplňového materiálu.

Vázací materiál

Organické polymery používané jako lepidla lze rozdělit do dvou hlavních kategorií: termosety a termoplasty. Všechny z nich jsou organické materiály, ale

se výrazně liší chemickými a fyzikálními vlastnostmi.

V termosetech se při zahřívání polymerní řetězce nevratně zesíťují do tuhé trojrozměrné síťové struktury. Vazby, které v tomto případě vznikají, umožňují získat vysokou přilnavost materiálu, ale zároveň je omezená udržovatelnost.

Termoplastické polymery nevytvrzují. Zachovávají si schopnost měknutí a tání při zahřátí, čímž vytvářejí silné elastické vazby. Tato vlastnost umožňuje použití termoplastů v aplikacích, kde je vyžadována údržba. Lepicí schopnost termoplastických plastů je nižší než u termosetů, ale ve většině případů je zcela dostačující.

Třetím typem pojiva je směs termoplastů a termosetů, kombinovaná

výhody dvou typů materiálů. Jejich polymerní složení je vzájemně se prostupující sítí termoplastických a termoplastických struktur, což umožňuje jejich použití k vytváření vysoce pevných opravitelných spojů při relativně nízkých teplotách (150 o C - 200 o C).

Každý systém má své výhody a nevýhody. Jedním z omezení používání termoplastických past je pomalé odstraňování rozpouštědla během procesu přetavování. Dříve spojování součástí pomocí termoplastických materiálů vyžadovalo proces nanášení pasty (zachování rovinnosti), sušení, aby se odstranilo rozpouštědlo, a poté montáž formy na substrát. Tento proces eliminoval tvorbu dutin v adhezivním materiálu, ale zvýšil náklady a ztížil použití této technologie v hromadné výrobě.

Moderní termoplastické pasty mají schopnost velmi rychle odpařit rozpouštědlo. Tato vlastnost umožňuje jejich aplikaci dávkováním pomocí standardního vybavení a instalaci krystalu na pastu, která ještě nezaschla. Poté následuje krok rychlého nízkoteplotního ohřevu, během kterého se odstraní rozpouštědlo a po přetavení se vytvoří adhezivní spoje.

Po dlouhou dobu byly potíže při vytváření vysoce tepelně vodivých lepidel na bázi termoplastů a termosetů. Tyto polymery neumožňovaly zvýšení obsahu tepelně vodivého plniva v pastě, protože dobrá adheze vyžadovala vysokou hladinu pojiva (60-75 %). Pro srovnání: v anorganických materiálech by mohl být podíl pojiva snížen na 15-20%. Moderní polymerová lepidla (Diemat DM4130, DM4030, DM6030) tuto nevýhodu nemají a obsah tepelně vodivého plniva dosahuje 80-90%.

Plnivo

Typ, tvar, velikost a množství plniva hrají hlavní roli při vytváření tepelně a elektricky vodivého lepidla. Stříbro (Ag) se používá jako plnivo jako chemicky odolný materiál s nejvyšším koeficientem tepelné vodivosti. Moderní pasty obsahují

stříbro ve formě prášku (mikrokuličky) a vloček (šupinky). Přesné složení, množství a velikost částic experimentálně vybírá každý výrobce a do značné míry určují tepelné, elektricky vodivé a adhezivní vlastnosti materiálů. V aplikacích, kde je požadováno dielektrikum s tepelně vodivými vlastnostmi, se jako plnivo používá keramický prášek.

Při výběru elektricky vodivého lepidla zvažte následující faktory:

• Tepelná a elektrická vodivost použitého lepidla nebo pájky
• Přípustné technologické instalační teploty
• Teploty následných technologických operací
• Mechanická pevnost spoje
• Automatizace procesu instalace
• Udržovatelnost
• Náklady na provoz instalace

Kromě toho byste při výběru lepidla pro instalaci měli věnovat pozornost modulu pružnosti polymeru, ploše a rozdílu v koeficientu tepelné roztažnosti spojovaných součástí a také tloušťce lepeného švu. Čím nižší je modul pružnosti (čím je materiál měkčí), tím větší jsou plochy součástí a tím větší je rozdíl v CTE spojovaných součástí a tím tenčí je přípustný lepicí šev. Vysoký modul pružnosti omezuje minimální tloušťku lepeného spoje a rozměry spojovaných součástí kvůli možnosti velkého termomechanického namáhání.

Při rozhodování o použití polymerních lepidel je nutné vzít v úvahu některé technologické vlastnosti těchto materiálů a spojovaných součástí, a to:

• délka matrice (nebo součásti). určuje zatížení lepeného spoje po ochlazení systému. Během pájení se krystal a substrát roztahují v souladu s jejich CTE. Pro krystaly velká velikost Musí být použita měkká (nízkomodulová) lepidla nebo materiály pro čip/substrát CTE. Pokud je rozdíl CTE pro danou velikost čipu příliš velký, může dojít k porušení vazby, což způsobí delaminaci čipu od substrátu. Pro každý typ pasty výrobce zpravidla uvádí doporučení pro maximální velikosti krystalů pro určité hodnoty rozdílu CTE krystal/substrát;

• šířka matrice (nebo součástí, které mají být spojeny) určuje vzdálenost, kterou urazí rozpouštědlo obsažené v lepidle, než opustí linku lepidla. Pro správné odstranění rozpouštědla je proto třeba vzít v úvahu také velikost krystalů;

• metalizace krystalu a substrátu (nebo součástek, které mají být spojeny) není vyžadováno. Polymerová lepidla mají obvykle dobrou přilnavost k mnoha nemetalizovaným povrchům. Povrchy musí být očištěny od organických nečistot;

• tloušťka lepeného švu. Pro všechna lepidla obsahující tepelně vodivé plnivo platí minimální tloušťka lepeného spoje dx (viz obrázek). Příliš tenký spoj nebude mít dostatek pojiva k pokrytí veškerého plniva a vytvoření spojů se spojovanými povrchy. Navíc u materiálů s vysokým modulem pružnosti může být tloušťka švu omezena různými CTE pro spojované materiály. Typicky je pro lepidla s nízkým modulem pružnosti doporučená minimální tloušťka švu 20-50 µm, pro lepidla s vysokým modulem pružnosti 50-100 µm;

• životnost lepidla před instalací součásti. Po nanesení lepidla se rozpouštědlo z pasty začne postupně odpařovat. Pokud lepidlo zaschne, spojované materiály nesmáčí a nepřilnou. U malých součástí, kde je poměr plochy povrchu k objemu naneseného lepidla velký, se rozpouštědlo rychle odpařuje a doba po aplikaci před instalací součásti musí být minimalizována. Životnost před montáží součástí se u různých lepidel zpravidla pohybuje od desítek minut do několika hodin;

• životnost před tepelným vytvrzením lepidla se počítá od okamžiku instalace součásti až do umístění celého systému do trouby. S velkým zpožděním může dojít k delaminaci a roztírání lepidla, což negativně ovlivňuje přilnavost a tepelnou vodivost materiálu. Čím menší je velikost součásti a množství naneseného lepidla, tím rychleji může schnout. Životnost lepidla před tepelným vytvrzením se může pohybovat od desítek minut do několika hodin.

Výběr drátů, pásek

Spolehlivost spojení drát/páska značně závisí na správné volbě drátu/pásky. Hlavní faktory určující podmínky pro použití konkrétního typu drátu jsou:

Typ bydlení. Utěsněné kryty používají pouze hliníkový nebo měděný drát, protože zlato a hliník tvoří při vysokých těsnicích teplotách křehké intermetalické sloučeniny. Pro neutěsněná pouzdra se však používá pouze zlatý drát/páska, protože tento typ pouzdro neposkytuje úplnou izolaci od vlhkosti, což vede ke korozi hliníkového a měděného drátu.

Velikosti drátu/stuhy(průměr, šířka, tloušťka) pro obvody s malými podložkami jsou nutné tenčí vodiče. Na druhou stranu, čím vyšší proud protéká spojem, tím větší průřez vodičů musí být zajištěn.

Pevnost v tahu. Dráty/pásy jsou vystaveny vnějšímu mechanickému namáhání během následujících fází a během používání, takže čím vyšší je pevnost v tahu, tím lépe.

Prodloužení. Důležitá vlastnost při výběru drátu. Příliš vysoké hodnoty prodloužení znesnadňují kontrolu tvorby smyčky při vytváření drátového spojení.

Výběr metody ochrany krystalů

Utěsnění mikroobvodů lze provést pomocí pouzdra nebo v provedení s otevřeným rámem.

Při výběru technologie a materiálů, které se mají použít ve fázi těsnění, je třeba vzít v úvahu následující faktory:

• Požadovaná úroveň těsnosti pouzdra
• Přípustné technologické teploty těsnění
• Provozní teploty čipu
• Přítomnost metalizace spojovaných ploch
• Možnost použití tavidla a speciální instalační atmosféry
• Automatizace procesu těsnění
• Náklady na operaci těsnění

Článek poskytuje přehled technologií a materiálů používaných k vytváření vývodů kolíků na polovodičových waferech při výrobě mikroobvodů.

Elektrická instalace rádiových komponent musí zajistit spolehlivý provoz zařízení, přístrojů a systémů v podmínkách mechanických a klimatických vlivů uvedených v technických specifikacích pro tento typ REA. Proto při instalaci polovodičových součástek (SD), rádiových součástek integrovaných obvodů (IC) na desky s plošnými spoji nebo na šasi zařízení musí být splněny následující podmínky:

• spolehlivý kontakt výkonné PCB skříně s chladičem (radiátorem) nebo šasi;
• nutná konvekce vzduchu v blízkosti radiátorů a prvků, které vyzařují velký počet teplo;
• odstranění polovodičových prvků z prvků obvodu, které během provozu vydávají značné množství tepla;
• ochrana instalací umístěných v blízkosti odnímatelných prvků před mechanickým poškozením během provozu;
• v procesu přípravy a provádění elektrické instalace PP a IC by mechanické a klimatické vlivy na ně neměly překročit hodnoty uvedené v technických specifikacích;
• Při rovnání, tvarování a řezání PP a IC přívodů musí být oblast přívodu v blízkosti pouzdra zajištěna tak, aby ve vodiči nevznikaly ohybové ani tahové síly. Zařízení a zařízení pro vytváření svodů musí být uzemněny;
• vzdálenost od těla DPS nebo IC k začátku ohýbání vývodu musí být alespoň 2 mm a poloměr ohybu pro průměr vývodu do 0,5 mm by měl být alespoň 0,5 mm, s průměrem 0,6-1 mm - nejméně 1 mm, s průměrem nad 1 mm - nejméně 1,5 mm.

Při instalaci, přepravě a skladování DPS a IO (zejména mikrovlnných polovodičových součástek) je nutné zajistit jejich ochranu před účinky statické elektřiny. K tomu jsou všechna instalační zařízení, nářadí, ovládací a měřicí zařízení spolehlivě uzemněna. Chcete-li odstranit statická elektřina z těla elektrikáře, používejte uzemňovací náramky a speciální oblečení.

Pro odstranění tepla je výstupní část mezi tělem DPS (nebo IC) a pájecím bodem upnuta speciální pinzetou (chladič). Pokud teplota pájky nepřesáhne 533 K ± 5 K (270 °C) a doba pájení nepřesáhne 3 s, pájení PP (nebo IC) vývodů se provádí bez chladiče nebo se použije skupinové pájení ( vlnová pájka, ponoření do roztavené pájky atd.) .

Čištění desek plošných spojů (nebo panelů) od zbytků tavidla po pájení se provádí rozpouštědly, která neovlivňují značení a materiál pouzder PCB (nebo IC).

Při instalaci integrovaných obvodů s pevnými radiálními vývody do pokovených otvorů desky plošných spojů by měla být část vývodů vyčnívající nad povrch desky v místech pájení 0,5-1,5 mm. Instalace IO tímto způsobem se provádí po oříznutí vývodů (obr. 55). Pro usnadnění demontáže se doporučuje instalovat integrované obvody na desky plošných spojů s mezerami mezi jejich pouzdry.

Rýže. 55. Formování tuhých radiálních IC vývodů:
1 - lisované vývody, 2 - vývody před lisováním

Integrované obvody v pouzdrech s měkkými planárními vývody jsou instalovány na destičkách bez montážních otvorů. Jejich umístění na desce je v tomto případě určeno tvarem kontaktních podložek (obr. 56).

Rýže. 56. Instalace IO s plochými (planárními) vývody na desce plošných spojů:
1 - kontaktní podložka s klíčem, 2 - pouzdro, 3 - deska, 4 - výstup

Příklady lisovaných integrovaných obvodů s planárními vývody jsou na Obr. 57.

Rýže. 57. Formování plochých (planárních) IC vývodů při instalaci na desku bez mezery (i), s mezerou (b)

Instalace a upevnění PP a IC, stejně jako osazené rádiové komponenty na deskách plošných spojů, musí zajistit přístup k nim a možnost jejich výměny. Pro chlazení IC by měly být umístěny na desky plošných spojů s přihlédnutím k pohybu proudění vzduchu podél jejich těl.

Pro elektroinstalaci DPS a malorozměrových rádiových součástek se nejprve instalují na montážní armatury (lístky, kolíky apod.) a svorky se k ní mechanicky připevní. K pájení polního spoje se používá tavidlo bez obsahu kyselin, jehož zbytky se po pájení odstraní.

Rádiové komponenty jsou k montážním armaturám připevněny buď mechanicky na vlastních svorkách, nebo dodatečně pomocí svorky, držáku, držáku, výplně tmelem, tmelem, lepidlem atd. V tomto případě jsou rádiové komponenty upevněny tak, aby se nepohybovaly v důsledku vibrací a otřesů (otřesů). Doporučené typy upevnění rádiových součástek (odpory, kondenzátory, diody, tranzistory) jsou na Obr. 58.

Rýže. 58. Instalace rádiových komponentů na montážní přípravky:
a, b - rezistory (kondenzátory) s plochými a kulatými vývody, c - kondenzátor ETO, d - diody D219, D220, d - výkonná dioda D202, f - triody MP-14, MP-16, g - výkonná trioda P4; 1 - tělo, 2 - okvětní lístek, 3 - výstup, 4 - radiátor, 5 - dráty, 6 - izolační trubice

Mechanické upevnění svorek rádiových komponentů na montážní kování se provádí jejich ohnutím nebo otočením kolem kování a následným zalisováním. V tomto případě není povoleno zlomení terminálu během komprese. Pokud je v kontaktním sloupku nebo okvětním lístku díra, je vývod rádiové součástky před pájením mechanicky zajištěn tak, že se provlékne otvorem a ohne na polovinu nebo celou otáčku kolem okvětního lístku nebo sloupku a následuje zalisování. Přebytečný výstup se odstraní bočními řezáky a připevňovací bod se zamačká kleštěmi.

Způsoby instalace rádiových komponent a upevnění jejich svorek jsou zpravidla uvedeny v montážním výkresu k výrobku.

Aby se zmenšila vzdálenost mezi rádiovou komponentou a šasi, jsou na jejich pouzdra nebo svorky umístěny izolační trubice, jejichž průměr je stejný nebo o něco menší než průměr rádiové komponenty. V tomto případě jsou rádiové komponenty umístěny blízko sebe nebo k šasi. Izolační trubice umístěné na svorkách rádiových komponentů eliminují možnost zkratu se sousedními vodivými prvky.

Délka montážních vývodů od pájecího bodu k tělu rádiové součástky je uvedena ve specifikacích a zpravidla uvedena na výkrese: pro diskrétní rádiové součástky musí být alespoň 8 mm a pro DPS - při minimálně 15 mm. Délka přívodu od pouzdra k ohybu rádiové součásti je rovněž uvedena na výkresu: musí být minimálně 3 mm. Vývody rádiových komponentů se ohýbají pomocí šablony, přípravku nebo speciálního nástroje. Navíc vnitřní poloměr ohybu nesmí být menší než dvojnásobek průměru nebo tloušťky tuhy. Pevné vývody rádiových komponentů (odpory PEV atd.) se při montáži nesmí ohýbat.

Rádiové komponenty vybrané při nastavování nebo nastavování zařízení by měly být pájeny bez mechanického upevnění na celou délku jejich vodičů. Po zvolení jejich hodnot a seřízení zařízení je nutné rádiové komponenty připájet k referenčním bodům s kolíky mechanicky zajištěnými.

Rychlý rozvoj a rozšíření oblastí použití elektronických zařízení je dáno zdokonalováním základny prvků, jejímž základem je polovodičová zařízení. Proto, abychom porozuměli fungování elektronických zařízení, je nutné znát strukturu a princip fungování hlavních typů polovodičových zařízení.

Tranzistory

Tranzistor je polovodičové zařízení určené k zesilování, generování a převádění elektrických signálů, stejně jako spínání elektrické obvody.

Charakteristickým rysem tranzistoru je schopnost zesilovat napětí a proud - napětí a proudy působící na vstupu tranzistoru vedou k výskytu výrazně vyšších napětí a proudů na jeho výstupu.

S rozšířením digitální elektroniky a pulzních obvodů je hlavní vlastností tranzistoru jeho schopnost být v otevřeném a uzavřeném stavu pod vlivem řídicího signálu.

Tranzistor dostal svůj název podle zkratky dvou anglických slov tran(sfer) (re)sistor - řízený odpor. Tento název není náhodný, protože pod vlivem vstupního napětí aplikovaného na tranzistor lze odpor mezi jeho výstupními svorkami nastavit ve velmi širokém rozsahu.

Tranzistor umožňuje regulovat proud v obvodu od nuly do maximální hodnoty.

Klasifikace tranzistorů:

Na principu činnosti: pole (unipolární), bipolární, kombinované.

Podle hodnoty ztrátového výkonu: nízká, střední a vysoká.

Podle hodnoty mezní frekvence: nízko-, středně-, vysoko- a ultra-vysokofrekvenční.

Podle provozního napětí: nízké a vysoké napětí.

Podle funkčního účelu: univerzální, zesilovač, klíč atd.

Podle provedení: bez rámu a v pouzdrovém provedení, s pevnými a flexibilními přívody.

V závislosti na vykonávaných funkcích mohou tranzistory pracovat ve třech režimech:

1) Aktivní režim – používá se k zesílení elektrických signálů v analogových zařízeních. Odpor tranzistoru se mění z nuly na maximální hodnotu - říká se, že tranzistor se „lehce otevře“ nebo „lehce zavře“.

2) Režim saturace - odpor tranzistoru má tendenci k nule. V tomto případě je tranzistor ekvivalentní sepnutému reléovému kontaktu.

3) Režim cut-off - tranzistor je uzavřený a má vysoký odpor, tzn. je ekvivalentní otevřenému reléovému kontaktu.

Režimy saturace a cutoff se používají v digitálních, pulzních a spínacích obvodech.

Bipolární tranzistor je polovodičové zařízení se dvěma p-n přechody a třemi vývody, které poskytuje výkonové zesílení elektrických signálů.

U bipolárních tranzistorů je proud způsoben pohybem nosičů náboje dvou typů: elektronů a děr, což určuje jejich název.

Na schématech mohou být tranzistory znázorněny jak v kruhu, tak bez něj (obr. 3). Šipka ukazuje směr toku proudu v tranzistoru.

Obrázek 3 - Grafické symboly n-p-n tranzistorů(a) a p-n-p (b)

Základem tranzistoru je polovodičová destička, ve které jsou vytvořeny tři sekce se střídajícími se typy vodivosti – elektronická a dírová. V závislosti na střídání vrstev se rozlišují dva typy struktury tranzistoru: n-p-n (obr. 3, a) a p-n-p (obr. 3, b).

Emitor (E) - vrstva, která je zdrojem nosičů náboje (elektronů nebo děr) a vytváří proud zařízení;

Kolektor (K) – vrstva, která přijímá nosiče náboje přicházející z emitoru;

Báze (B) - střední vrstva, která řídí proud tranzistoru.

Když je tranzistor připojen k elektrickému obvodu, jedna z jeho elektrod je vstup (zdroj vstupního střídavého signálu je zapnut), druhá je výstup (zátěž je zapnuta) a třetí elektroda je společná s s ohledem na vstup a výstup. Ve většině případů se používá obvod se společným emitorem (obrázek 4). Do základny se přivádí napětí nejvýše 1 V a do kolektoru více než 1 V, například +5 V, +12 V, +24 V atd.

Obrázek 4 – Zapojovací obvody pro bipolární tranzistor se společným emitorem

Kolektorový proud se vyskytuje pouze tehdy, když teče základní proud Ib (určeno Ube). Čím více Ib, tím více Ik. Ib se měří v jednotkách mA a kolektorový proud se měří v desítkách a stovkách mA, tzn. IbIk. Proto, když je do báze přiváděn střídavý signál o malé amplitudě, malé Ib se změní a velké Ik se mění úměrně tomu. Při připojení zatěžovacího odporu na kolektorový obvod bude na něm vydán signál opakující tvar vstupu, ale s větší amplitudou, tzn. zesílený signál.

Do počtu extrémně přijatelné parametry tranzistory především zahrnují: maximální přípustný výkon rozptýlený na kolektoru Pk.max, napětí mezi kolektorem a emitorem Uke.max, kolektorový proud Ik.max.

Pro zvýšení maximálních parametrů jsou vyráběny tranzistorové sestavy, které mohou čítat až několik stovek paralelně zapojených tranzistorů uzavřených v jednom pouzdře.

Bipolární tranzistory se nyní používají stále méně, zejména v technologii spínání napájení. Jejich místo je obsazeno MOSFET tranzistory s efektem pole a kombinované tranzistory IGBT, které mají v této oblasti elektroniky nepochybné výhody.

U tranzistorů s efektem pole je proud určen pohybem nosičů pouze jednoho znaménka (elektronů nebo děr). Na rozdíl od bipolárních je tranzistorový proud řízen elektrickým polem, které mění průřez vodivého kanálu.

Protože ve vstupním obvodu neprotéká žádný proud, je spotřeba tohoto obvodu prakticky nulová, což je nepochybně výhoda tranzistoru s efektem pole.

Konstrukčně se tranzistor skládá z vodivého kanálu typu n nebo p, na jehož koncích jsou oblasti: zdroj emitující nosiče náboje a kolektor, který přijímá nosiče náboje. Elektroda, která slouží k regulaci průřezu kanálu, se nazývá brána.

Tranzistor s efektem pole je polovodičové zařízení, které reguluje proud v obvodu změnou průřezu vodivého kanálu.

Existují tranzistory s efektem pole s hradlem p-n tvar přechodem a s izolovanou bránou.

Tranzistory s efektem pole s izolovaným hradlem mají mezi polovodičovým kanálem a kovovým hradlem izolační vrstvu dielektrika - tranzistory MOS (kov - dielektrikum - polovodič), speciální pouzdro - oxid křemíku - tranzistory MOS.

Tranzistor MOS s vestavěným kanálem má počáteční vodivost, která je při absenci vstupního signálu (Uzi = 0) přibližně poloviční oproti maximu. U tranzistorů MOS s indukovaným kanálem není při napětí Uzi = 0 žádný výstupní proud, Ic = 0, protože zpočátku neexistuje žádný vodivý kanál.

Tranzistory MOS s indukovaným kanálem se také nazývají tranzistory MOSFET. Používají se především jako klíčové prvky například u spínaných zdrojů.

Klíčové prvky na tranzistorech MOS mají řadu výhod: signálový obvod není galvanicky spojen se zdrojem řídící činnosti, řídící obvod nespotřebovává proud a mají obousměrnou vodivost. Tranzistory s efektem pole, na rozdíl od bipolárních se nebojí přehřátí.

Přečtěte si více o tranzistorech zde:

Tyristory

Tyristor je polovodičové zařízení, které pracuje ve dvou stabilních stavech – nízká vodivost (tyristor zavřený) a vysoká vodivost (tyristor otevřený). Strukturálně má tyristor tři nebo více p-n přechodů a tři výstupy.

Kromě anody a katody poskytuje tyristorová konstrukce třetí svorku (elektrodu), která se nazývá řídicí svorka.

Tyristor je určen pro bezkontaktní spínání (zapínání a vypínání) elektrických obvodů. Vyznačují se vysokou rychlostí a schopností spínat proudy velmi významné velikosti (až 1000 A). Postupně jsou nahrazovány spínacími tranzistory.

Obrázek 5 - Konvenční grafické označení tyristorů

Dynistory (dvouelektrodové)- jako klasické usměrňovací diody mají anodu a katodu. S nárůstem propustného napětí při určité hodnotě Ua = Uon se dinistor otevře.

Tyristory (tyristory - tříelektrodové)- mít přídavnou řídicí elektrodu; Uon se mění řídicím proudem protékajícím řídicí elektrodou.

Pro převedení tyristoru do sepnutého stavu je nutné přivést zpětné napětí (- na anodu, + na katodu) nebo snížit propustný proud pod hodnotu zvanou přídržný proud Ihold.

Uzamykatelný tyristor– lze přepnout do zavřeného stavu přivedením řídicího impulsu opačné polarity.

Tyristory: princip činnosti, konstrukce, typy a způsoby zařazení

Triaky (symetrické tyristory)- veďte proud v obou směrech.

Tyristory se používají jako bezkontaktní spínače a řízené usměrňovače v automatizačních zařízeních a měničích elektrického proudu. V obvodech střídavého a pulzního proudu můžete změnit dobu, po kterou je tyristor otevřen, a tedy dobu, po kterou proud protéká zátěží. To umožňuje regulovat výkon dodávaný do zátěže.

Použití: v oblasti výroby polovodičových součástek beztavným pájením na vzduchu bez použití ochranných prostředí, lze jej použít při montáži Schottkyho diod a bipolárních tranzistorů pájením polovodičových krystalů do pouzder pájkami na bázi olova. Podstata vynálezu: způsob montáže polovodičových součástek spočívá v tom, že na základnu pouzdra se umístí filtr a legovací prvek, na který se umístí vzorek pájky a krystal a kazeta se sestavenými součástkami se vloží do dopravníková vodíková pec při teplotě pájení 370 °C. Novinkou této metody je, že polovodičové krystaly s pájkou na straně kolektoru jsou upevněny v obrácené poloze v buňkách vakuové přísavky a kombinovány s kontaktními plochami krytu zařízení a ohřev na pájecí teplotu se provádí na vzduchu. s proudovým impulsem přes elektrody ve tvaru V, které jsou pevně upevněny v držáku, elektricky zapojeny do série a umístěny diferencovaně nad každým krystalem a v okamžiku tavení pájky je vakuová přísavka s krystaly vystavena ultrazvukovým vibracím ve směru rovnoběžném s pájeným švem, přičemž tlak na každý krystal je vyvíjen hmotou těla zařízení a držáku s elektrodami. Technickým výsledkem vynálezu je zvýšení spolehlivosti polovodičových součástek snížením teploty ohřevu při pájení povrchu krystalu se strukturami, zlepšením smáčení spojovaných povrchů pájkou a zvýšením produktivity montážních operací díky skupinovému pájení krystaly do balíčků. 2 nemocný.

Vynález se týká výroby polovodičových součástek pájením bez tavidla na vzduchu bez použití ochranných prostředí. Lze jej použít při montáži Schottkyho diod a bipolárních tranzistorů připájením polovodičových čipů k pouzdrům s pájkami na bázi olova. Existují různými způsoby připájení polovodičových krystalů k tělu. Známý je způsob montáže výkonových tranzistorů kazetovou metodou, kdy se nožička tranzistoru umístí na vodítka v kazetě a mezi krystal a tělo se umístí vzorek pájky, přičemž se provádí pájení. v dopravníkové peci s redukčním prostředím bez použití tavidel. Kazeta zajišťuje přesnou orientaci krystalu vzhledem k noze zařízení a zabraňuje jeho posunutí během procesu pájení. Nevýhodou tohoto známého způsobu je poměrně velká složitost výroby polovodičových součástek. Kromě toho přítomnost oxidových filmů na spojovaných površích zhoršuje smáčení a kapilární tok pájky v mezeře spoje. Je známý způsob pájení mikropáskových zařízení nízkoteplotními pájkami bez použití tavidel, při kterém jsou pájené povrchy předem potaženy kovy nebo slitinami s bodem tavení blízkým bodu tavení pájky, ale vyšším než , a v okamžiku, kdy se pájka roztaví, se na jeden z pájených dílů přenesou nízkofrekvenční vibrace. Hlavní nevýhodou této metody je nízká produktivita této montážní operace, protože pájení se provádí diskrétně. Nárokovanému způsobu je v technické podstatě nejblíže způsob montáže polovodičových součástek, který spočívá v umístění filtru a legovacího prvku na základnu pouzdra, na které se následně umístí vzorek pájky a krystal. Nevýhodou této metody je vysoká pracnost montážních operací a nízké procento použitelných zařízení. Kromě, tato metoda neposkytuje předběžnou orientaci a fixaci krystalu vzhledem k tělu, v důsledku čehož je možná rotace a posunutí krystalu ještě před zahájením procesu pájení. Navíc při pájení je to nutné vysoká teplota vytápění, které klade na krystal určité nároky. Zvláště pozoruhodná je přítomnost nepájených mezer v pájeném švu, což zvyšuje tepelný a elektrický odpor kontaktu polovodičového krystalu s pouzdrem. Proto je tento způsob montáže polovodičových součástek málo účinný (nebo neúčinný), zejména při pájení polovodičových krystalů na obaly výrobků výkonové elektroniky. Problémem, na který je navrhované řešení zaměřeno, je zvýšení spolehlivosti polovodičových součástek snížením teploty ohřevu při pájení povrchu krystalu se strukturami, zlepšením smáčení spojovaných povrchů pájkou a zvýšením produktivity montážních operací. z důvodu skupinového pájení krystalů do obalů. Tohoto úkolu je dosaženo tím, že při způsobu montáže polovodičových součástek, který spočívá v umístění filtru a legovacího prvku na základnu pouzdra, na kterém je umístěn vzorek pájky a krystalu, a kazeta s namontovaným zařízení se vkládá do dopravníkové vodíkové pece při teplotě pájení 370 o C, za účelem zvýšení spolehlivosti polovodičových součástek snížením teploty ohřevu při pájení povrchu krystalů se strukturami, zlepšením smáčení spojovaných povrchů pájkou a zvýšením produktivita montážních operací díky skupinovému pájení krystalů na pouzdrech, polovodičové krystaly s pájkou na straně kolektoru jsou upevněny v obrácené poloze ve vakuové přísavce článků a kombinovány s kontaktními ploškami pouzder a ohřev na pájecí teplotu je se provádí ve vzduchu proudovým pulzem přes elektrody ve tvaru V, které jsou pevně upevněny v držáku, elektricky zapojeny do série a umístěny diferenciálně nad každým krystalem, a v okamžiku tavení pájky vysát přísavku s krystaly je vystaveno ultrazvukovým vibracím ve směru rovnoběžném s pájeným švem, přičemž tlak na každý krystal je vyvíjen hmotou těla zařízení a držáku s elektrodami. Srovnatelná analýza s prototypem ukazuje, že navržený způsob se liší od známého v tom, že za účelem zvýšení spolehlivosti polovodičových součástek snížením teploty ohřevu při pájení povrchu krystalu se strukturami, zlepšením smáčení povrchů spojené s pájkou a zvýšení produktivity montážních operací díky skupinovému pájení krystalů do obalů polovodičové krystaly s pájkou na straně kolektoru jsou upevněny v obrácené poloze v buňkách vakuové přísavky a kombinovány s kontaktními ploškami pouzder, a ohřev na pájecí teplotu se provádí ve vzduchu proudovým impulsem přes elektrody ve tvaru V, které jsou pevně upevněny v držáku a elektricky vzájemně zapojeny do série a jsou umístěny diferencovaně nad každým krystalem, a v okamžiku tavení pájky , vakuová přísavka s krystaly je vystavena ultrazvukovým vibracím ve směru rovnoběžném s pájeným švem, přičemž tlak na každý krystal je vyvíjen hmotou těla zařízení a držáku s elektrodami. Navržený způsob montáže polovodičových součástek tedy splňuje kritérium „novosti“. Srovnání navrženého způsobu s jinými známými způsoby ze stavu techniky nám také neumožnilo identifikovat v nich znaky nárokované v rozlišovací části vzorce. Podstata vynálezu je znázorněna na výkresech, které schematicky znázorňují: Obr. 1 - schéma montáže a pájení polovodičových krystalů do pouzder, boční pohled; na Obr. 2 - fragment sestavy a připájení jednoho krystalu k pouzdru, boční pohled. Způsob montáže polovodičových součástek (obr. 1 a 2) je realizován podle obvodu obsahujícího základnu 1 připojenou k vývěvě. K základně je připevněna vakuová přísavka 2, v jejíchž článcích jsou na pájené ploše upevněny polovodičové krystaly 3 s pájkou 4 kolektorovou plochou nahoru. Pouzdra zařízení 5 jsou umístěna na krystalech elektrody 6 ve tvaru písmene V jsou pevně upevněny v držáku 7, elektricky zapojeny do série a umístěny odlišně nad každým krystalem. Aby bylo zajištěno rovnoměrné zahřívání celé plochy krystalu během pájení, měly by být rozměry pracovní plochy elektrody o 0,6-1,0 mm větší než každá strana krystalu. Zahřívání těla, krystalu a pájky na teplotu pájení se provádí v důsledku tepla generovaného pracovní platformou elektrody ve tvaru V, když jí prochází proudový impuls. Pro zničení oxidových filmů a aktivaci spojených povrchů krystalu a tělesa v okamžiku tavení pájky jsou krystaly 3 prostřednictvím vakuové přísavky 2 a základny 1 vystaveny ultrazvukovým vibracím ve směru rovnoběžném s pájkou. pájený šev z ultrazvukového koncentrátoru 8. Tlak na každý krystal je vyvíjen hmotou těla a držáku s elektrodami. Příkladem montáže polovodičového zařízení je montáž Schottkyho diod. Na kolektorové ploše polovodičového krystalu jako součást waferu známá technologie postupně se nanášejí následující fólie: hliník - 0,2 mikronu, titan - 0,2-0,4 mikronu, nikl - 0,4 mikronu a pro pájení - pájka, například PSr2,5, tloušťka 40-60 mikronů. Polovodičový plátek je pak rozdělen na krystaly. Kovová deska sestávající z 10 pouzder po 5 typu TO-220 je potažena známou technologií galvanickým niklem o tloušťce 6 mikronů. Postup montáže Schottkyho diod je následující: krystaly 3 se kolektorovou plochou nahoru upevní do článků vakuové přísavky 2, zapne se vývěva a vlivem tlakového rozdílu se krystaly přitlačí ke stěnám vakuové přísavky. vakuová přísavka; deska s pouzdry zařízení 5 je umístěna na krystalech; držák 7 s elektrodami 6 je kombinován s kontaktními ploškami pouzder v místech, kde jsou připájeny krystaly 3. Při pájení přitlačuje držák 7 s elektrodami 6 desku z pouzdra 5 ke krystalům 3. Proudový impuls prochází skrz elektrody, vzájemně elektricky zapojené do série. Teplo z pracovní plošiny elektrody se přenáší do pouzdra a poté do krystalů, čímž se pájka zahřívá na teplotu pájení. V této době jsou krystaly vystaveny ultrazvukovým vibracím ve směru rovnoběžném s pájeným švem z ultrazvukového koncentrátoru 8. To pomáhá zničit oxidové filmy a zlepšit smáčení spojených povrchů krystalu a těla pájkou. Přes určený čas proud se vypne a po krystalizaci pájky se vytvoří kvalitní pájený spoj. Přítlačná síla krystalu k tělesu při pájení je dána hmotou tělesa a držáku s elektrodami. Vzhledem k tomu, že při pulzním pájení dochází k ohřevu krystalu skrz tělo, je povrch kolektoru ohříván na teplotu pájení a protilehlý povrch krystalu se strukturami má teplotu ohřevu výrazně nižší než povrch kolektoru. Tento faktor pomáhá zvýšit spolehlivost polovodičových součástek. Použití navrhovaného způsobu montáže polovodičových součástek tedy poskytuje ve srovnání s pomocí stávajících metod následující výhody. 1. Spolehlivost polovodičových součástek se zvyšuje snížením teploty ohřevu při pájení povrchu krystalu strukturami. 2. Zlepšuje se smáčení spojovaných ploch pájkou. 3. Produktivita montážních operací se zvyšuje díky skupinovému pájení krystalů k pouzdrům. Zdroje informací 1. Montáž výkonových tranzistorů kazetovou metodou / P.K. Vorobjovský, V.V. Zenin, A.I. Shevtsov, M.M. Ipatova//Elektronická technologie. Ser. 7. Technologie, organizace výroby a zařízení. - 1979.- Vydání. 4.- str. 29-32. 2. Pájení mikropáskových zařízení nízkoteplotními pájkami bez použití tavidel / V.I. Bayle, F.N. Krokhmalnik, E.M. Ljubimov, N.G. Otmakhova//Elektronická technologie. Ser.7. Mikrovlnná elektronika.- 1982.- Vydání. 5 (341).- S. 40. 3. Jakovlev G.A. Pájecí materiály pájkami na bázi olova: Recenze - M.: Ústřední výzkumný ústav "Elektronika". Ser. 7. Technologie, organizace výroby a zařízení. sv. 9 (556), 1978, str. 58 (prototyp).

Vzorec vynálezu

Způsob montáže polovodičových součástek, který spočívá v umístění filtru a legovacího prvku na základnu pouzdra, na které se umístí vzorek pájky a krystalu a kazeta se sestavenými součástkami se vloží do dopravníkové vodíkové pece při teplota pájení 370 °C, vyznačující se tím, že polovodičové krystaly s pájkou na straně kolektoru jsou upevněny v obrácené poloze v buňkách vakuové přísavky a kombinovány s kontaktními ploškami pouzder zařízení a zahřátím na teplotu pájení se provádí ve vzduchu proudovým impulsem přes elektrody ve tvaru V, které jsou pevně upevněny v držáku, elektricky zapojeny do série a jsou umístěny diferencovaně nad každým krystalem, a v okamžiku tavení pájky vakuová přísavka s krystaly je vystaveno ultrazvukovým vibracím ve směru rovnoběžném s pájeným švem, přičemž tlak na každý krystal je vyvíjen hmotou těla zařízení a držáku s elektrodami.