Пути и методы модернизации печатного узла.

Микроэлектронные системы постоянно развиваются: происходит рост интеграции, производительности и функциональности. Процесс развития состоит в увеличении плотности размещения активных элементов на кристалле; это, в свою очередь, вызывает увеличение плотности выводов на корпусе, а вслед за тем возникает необходимость в увеличении плотности межсоединений в монтажных подложках. Таким образом, рост интеграции микросхем сопровождается стремлением уменьшить их дезинтеграцию при переходе на очередной иерархический уровень: кристалл – микросхема – монтажное поле микросхемы – электронный модуль (печатный узел) – электронный блок – системный блок.

Плотность монтажа электронных компонентов растет примерно на 8% в год, и за счет этого физические размеры электронной аппаратуры уменьшаются на 20% в год. Эта тенденция поддерживается непрерывным развитием технологий печатных плат и микросборок, так что в современном мире обновление производства происходит каждые 3–5 лет. Ежегодное обновление основных фондов в угоду освоения новых технологий происходит в объемах примерно 10% в год.

Развитие технологий печатных плат применительно к высокоразвитым функциональным системам идет в направлении многослойности, введения трехмерных структур межсоединений, уменьшения размеров элементов межсоединений в многослойных структурах, обеспечения требований электромагнитной совместимости, введения элементов кондуктивного теплостока, обеспечения скорости передачи сигналов для увеличения производительности цифровых систем и реализации СВЧ-структур.

Последние годы характеризуются внедрением новых технологий производства печатных узлов, гибридных интегральных схем. Снижение себестоимости конечной продукции и повышение качества, надежности и функциональности изделия – вот основные задачи, над которыми постоянно работают мировые научно-исследовательские центры и производители. При этом большое внимание уделяется снижению веса и габаритов изделия.

Именно эта работа постоянно стимулирует исследователей и производителей к тому, чтобы разрабатывать и внедрять все новые и новые технологии.

Примером может служить развитие технологий сборки печатных узлов радиоэлектронной аппаратуры. В 40-80-е годы прошлого столетия активно использовался монтаж в отверстия, в основном это были ручная пайка и монтаж, изделия отличались достаточно большим весом и габаритами. Ситуация не менялась порядка 40 лет, после чего началась эпоха поверхностного монтажа. Начиная с 80-х годов, печатные узлы стали разрабатываться с применением компонентов поверхностного монтажа, и при их сборке начали широко применяться полуавтоматические и автоматические методы монтажа, а вес и габариты изделий уменьшились в 6-7 раз. Около десяти лет назад появилась новая технология – встраиваемые компоненты внутри печатных плат, печатный узел со сложной 3D структурой, в которой компоненты как дискретные, так и пленочные расположены внутри самих печатных плат. При этом уменьшаются вес и габариты изделия, и увеличивается его функционал. Наблюдается непрерывная технологическая гонка производителей.

Прогнозы зарубежных агентств, ассоциаций, работающих в области развития технологий производства печатных узлов, микроэлектроники (в том числе и гибридной) подтверждают все большее значение 3D-интеграции. Иными словами, идет новый технологический виток развития электронных компонентов.

Результаты отчетов компаний-производителей печатных плат позволяют с уверенностью говорить о том, что встраиваемые компоненты являются сегодня самой передовой технологией. В качестве примера приведем европейский завод по производству печатных плат Würth Electronics, занимающий третье место в мире по объему производства. Этот производитель работает над такими разработками, как встраивание оптических каналов внутри печатной платы с целью передачи на поверхность сигнала для обработки электрооптическим преобразователем, а также встраивание интегральных микросхем по технологии FlipChip внутрь печатных плат.

На сегодняшний день эти технологии начинают активно применяться в производстве, и их уже активно используют, например, в Китае. В 2011 году завод Suntek, один из ведущих китайских производителей печатных плат, начал массовое производство печатных узлов со встроенными резисторами и конденсаторами. Таким образом, 3D-интеграция становится ключевым фактором технологического успеха. Это и печатные узлы, и гибридные интегральные схемы, и технологии 3D-MID (Molded Interconnect Devices, литые носители монтажных схем). Что касается последней - это достаточно новая технология, которая позволяет интегрировать механические и электронные компоненты в изделие из пластмассы.

Цель 3D-MID технологии заключается в том, чтобы электрические и механические функции объединить в одной детали.

Еще один пример применяемых за рубежом современных технологий - 3D- интеграция на уровне полупроводниковых пластин. По оценкам зарубежных аналитиков, первый, кто сможет массово производить 3D интегральные схемы, будет иметь отличную возможность производить передовые продукты по сравнению с производителями, которые вынуждены идти по пути уменьшения размера топологии. В качестве примера - компания Samsung, являющаяся одним из лидеров на рынке цифровых носителей информации и активно внедряющая данные технологии для своих компонентов. Таким образом, можно сделать вывод, что 3D-интеграция становится одной из доминирующих технологий.

Если посмотреть на ситуацию с внедрением новых технологий сборки в СНГ - с начала перестроечных времен из всех технологий, активно применяющихся за рубежом, в отечественную электронику удалось широко внедрить только технологию поверхностного монтажа. В остальных областях есть только единичные примеры предприятий, имеющих серьезные технологические достижения.

Прогнозы зарубежных агентств, ассоциаций, работающих в области развития технологий производства печатных узлов, микроэлектроники (в том числе и гибридной) подтверждают все большее значение 3D-интеграции. Иными словами, идет новый технологический виток развития электронных компонентов

В отношении элементной базы в мире на сегодняшний день ведутся активные разработки батарей, модулей памяти, антенн, транзисторов, резисторов, конденсаторов по пленочной технологии. Фактически, это означает, что возникнет вопрос закупки принципиально новых современных технологий размещения компонентов на платах и подложках, для которых потребуется соответствующее оборудование.

Пути повышения эффективности технологической модернизации радиоэлектронной промышленности связаны с решением задачи создания современных базовых технологий, решением задачи системного подхода к модернизации производственных мощностей интегрированных структур и создания условий для развития радиоэлектронной промышленности

Рассматривая решение задачи создания новых базовых технологий, вернемся к ранее сделанному выводу о том, что 3D-интеграция становится одной из доминирующих технологий на уровнях: 1) сборки на пластине (WLP); 2) гибридных интегральных схем; 3) печатных узлов; 4) корпусов из высокотемпературного пластика, на которых выполнены 3D-проводники (3D-MID).