Fortfarande är lödning av kapslade komponenter på kort av glasfiberepoxi det vanligaste sättet att montera elektronik. Men alternativen blir fler, såväl när det gäller bärare som förbindningsteknik.

Det här uppslaget ger en provkarta på några kompakt byggda elektronikmoduler. Flera av dem tillverkas i stora volymer och sitter i välkända svenska exportprodukter. Tre slutsatser man kan dra av urvalet är:

Glasfiberepoxi av typen FR-4 är den absolut vanligaste komponentbäraren.

Montering av okapslade halvledare är inte längre en exklusiv tillverkningsteknik för system där kostnaden är mindre viktig.

Ledande lim är på väg att bli ett verkligt alternativ till lödning.



Kompakta kort


Mobiltelefoner är en svensk elektronikprodukt som tillverkas i miljonupplagor. Ericssons GSM-telefon GH 337 är byggd med ytmonterade och kapslade komponenter på ett glasfiberepoxikort. Kortet är mycket kompakt. Omkring 300 komponenter ryms på drygt 1 dm2.

Det är ett 4-lagerskort som används. Konstruktörerna har lagt stor möda på att få in hela konstruktionen på ett kort med så få ledarlager som möjligt. Minsta bendelning på kapslarna är 0,5 mm.

Alfa-Laval Automation tillverkar ett komplext kort som används i ett testsystem av CD-skivor Det är ett 8-lagers glasfiberepoxikort med 390 komponenter. Bendelningen hos komponenterna är 0,5 mm och viahålen 0,3 mm.



Kinesisk linjekrets


Linjekretsar för telefonväxlar är en traditionell Ericssonspecialitet. Ericsson Components har nu gjort en konstruktion av den kinesiska marknaden. Det är en CLIC - Complete line interface circuit för två telefonlinjer. Modulerna hålmonteras på linjekort hos ett stort kinesiskt företag. Omkring en miljon moduler av den här typen har tillverkats.

Ett aluminiumoxidsubstrat används som bärare. Det är ett beprövat byggsätt för tjockfilmshybrider. Ledarlager och isolerande dielektrikum screentrycks och sintras i lager på lager på kortet. Även resistanser trycks på kortet. Motståndsvärdena trimmas med laser. Modulen är bestyckad med kapslade komponenter. Men ofta monteras okapslade halvledarkretsar på keramiska substrat.

Aluminiumoxid har god värmeledningsförmåga liksom andra keramer. Temperaturutvidgningskoefficienten ligger nära kisel. Men genom att använda flerchipsmoduler med okapslade kretsar kan man komma ner ytterligare i packningsgrad. Ericsson Radio har till exempel låtit utveckla en flerchipsmodul till en radiobasstation för den amerikanska marknaden. Enligt Arne Tolvgård, projektledare, kommer volymen på systemet att minska med 60 procent genom att flerchipsmoduler används.

Tolvgård säger också att halvledartillverkarna nu kan garantera en tillräckligt låg felprocent i sina leveranser av okapslade kretsar. Ericsson Radio har inte använt flerchipsmoduler i basstationer på grund av att tillgången på testade kretsar varit dålig.

Bäraren är en flerlagerskeramik, en HTCC - High temperature cofired ceramics, med sju ledarlager. Ledarlagren sintras samman med keramikskikten i hög värme, omkring 1 600 °C. Teknik och material är väl beprövade, metoden används också för komponentkapslar.

På grund av den höga temperaturen vid sintringen används vanligen volfram i ledarskikten. Modulen är utvecklad i Sverige, men tillverkningen har skett utomlands.

Även Ericsson Microwave i Mölndal bygger flerchipsmoduler på flerlagerskeramik. Åtta nakna signalprocessorkretsar sitter på en modul till ett radarsystem. De är bondade på en bärare med tio ledarlager. Bäraren är en LTCC - Low temperature cofired ceramics, med tio ledarlager som används. Sintringen sker vid en betydligt lägre temperatur än av HTCC, 700-800 °C, vilket betyder att man kan använda guld till de inre ledarlagren.



LTCC dominerar


Materialet föddes ur ett europeiskt forskningsprojekt i Eurekaprogrammet. LTCC- substrat finns idag tillgängliga från flera tillverkare.

Hos Ericsson Radar i Mölndal dominerar LTCC idag. Tidigare var det tjockfilmshybrider på aluminiumoxid som användes. Men enligt Anders Åberg på Ericsson Radar är LTCC billigare än en tjockfilmshybrid så snart antalet ledarlager är fler än tre.

Pacesetter, tidigare en del av Siemens Elema, tillverkar enligt egen uppgift världens minsta pacemaker. Inuti sitter en tumnagelstor elektronikmodul med 14 komponenter. Bäraren är ett HTCC-substrat med tre ledarlager. Två halvledarkretsar är bondade på framsidan. Baksidan är bestyckad med chipskomponenter. De är limmade med ledande silverbaserat lim. Konstruktionen är gjord hos Pacesetter i Sverige. Halvledarna kommer från ABB Hafo som även monterat dem på bäraren. Pacesetter i USA har monterat kretsarna på substratets baksida.



Mindre storlek


Genom att limma istället för att löda har Pacesetter kunnat få ner storleken på elektronikenheten. I tidigare modeller användes kapslade halvledarkretsar. Dessutom har hanteringen blivit enklare, det krävs till exempel ingen tvättning efter monteringen.

Bäraren i Xicons elektroniska hyllkantsetikett är mönsterkortsmaterial av glasfiberepoxi. Två okapslade halvledarkretsar är trådbondade direkt på bäraren. Övriga komponenter är lödda på kortet.

Den största av halvledarkretsarna har över 140 anslutningar. Minsta ledartjocklek på kortet är därför mindre än 0,1 mm.

Xicon har börjat använda ledande lim för tillverkning av elektronik i stora volymer. Företaget har bland annat utvecklat en polymerbaserad flipchipteknik. Ett limmat förband ger bättre tillförlitlighet än en lödd anslutning, hävdar Bo Wikström, VD för Xicon.

Mats Udikas