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1、第一章电子封装设备概论 主要内容介绍电子制造与电子封装的基本概念电子封装层级电子制造过程与主要设备类型电子制造关键设备及技术 光刻机 贴片机 现代电子制造装备的发展趋势与特点 1 1电子制造与电子封装基本概念 1 电子制造电子制造 electronicmanufacture 有广义和狭义之分 广义的电子制造包括电子产品从市场分析 经营决策 整体方案 电路原理设计 工程结构设计 工艺设计 零部件检测加工 组装制造 质量控制 包装运输 市场营销直至售后服务的电子产业链全过程 也称为电子制造系统或大制造观念 狭义的电子制造 是指电子产品从硅片开始到终端产品的物理实现过程 在讨论技术层面上的问题时 我
2、们说电子制造通常指的就是狭义的电子制造概念 在电子行业 习惯上把由单晶硅到成品IC 非常复杂的工艺过程 经过几十道工序 的制造过程称为半导体制造 semiconductormanufacture 或微电子制造 micro electronicsmanufacture 而把半导体以外的其他元器件制造都称为电子零部件制造 图1 1电子制造系统 图1 2电子产品的典型制造过程 电子封装或组装 图1 3电子产品的物理实现过程 电子基础制造 其他元器件制造微电子制造PCB制造电子材料料 真空电子器件半导体分立器件光电器件 电子组装制造 板卡级制造 PCB组件制造 整机装配应用系统的组装 图1 4电子制造
3、的分类 2 电子封装与组装电子封装与组装是电子制造技术中应用最广泛的共性技术 所有的电子产品 从一只普通电阻器到包含上亿个晶体管的集成电路 从简单的只有几个元器件的整流器到包括几十万个元器件和零部件的复杂电子系统 无一不是通过封装与组装技术制造出来的 学习了解电子制造技术 电子封装与组装技术是基础 电子封装与组装在不同领域有不同含义 在工业界 封装与组装分属两个不同的行业 电子封装是半导体制造行业中的后端工序 是半导体三大独立组成分行业之一 半导体制造包含 制造 封装 测试而组装则广泛分布于各种整机和系统制造领域 特别是近年来 随着电子信息产业规模越来越大而快速发展起来的电子制造服务 elec
4、tronicmanufacturingservices EMS 企业 这个过去被称为代工的行业 更是专业从事电子组装制造 在电子信息产业链中 承担从电子制造物料 主要包括集成电路 无源元件 印制电路板以及其他辅料 到产品整机的制造环节 代工企业 如富士康等 图1 5电子封装与组装在电子制造产业链中的位置 电子封装 电子组装 电子产品 1 广义电子封装及其层级在学术界更倾向于把封装与组装统一到一个名称下 而用层级来划分不同领域的技术内容 由于在电子制造技术中材料科学的先导性和基础性 从事电子材料研究及电子封装工作的学术领域以 电子封装 作为封装与组装的统称 并且分为多个层级 把封装与组装统一到
5、多级封装 名称下的封装概念 可以称为广义的电子封装 相应的元器件封装就是狭义的电子封装概念了 图1 6电子封装的层级 目前学术界比较认同的是3个层级的封装说法 其中 第一层级即芯片级封装 与企业界术语是一致的 主要指集成电路封装但不限于集成电路 各种元器件包括无源元件和功能模块或各种功能部件都需要外封装 芯片级封装在半导体产业中由于直接影响到芯片自身性能的发挥 并且涉及与之连接的PCB 印制电路板 的设计和制造 其重要性越来越受到认可 第二层级即板卡级封装 在企业界普遍认可的是 组装 这个术语 主要指印制电路板组装但不限于印制电路板 其他电子零部件 例如显示器面板 手机 数码相机部件等都是通过
6、第二层级电子封装来完成最后的装配 板卡级封装目前以表面组装 SMT 为主 通孔组装 THT 为辅 是电子制造整机和EMS厂商的技术核心 第三层级即整机级封装 在企业界一般称为整机组装 整机装连或整机装配 通常以非永久性连接技术与机械结构安装为主 将各种电路板卡和零部件安装到母板或机壳 机箱等外壳中 进而完成整组装机制造 对于大部分电子产品而言 整机级封装核心主要在于系统设计和各种零部件质量检测 标准化和工艺管理 广义的封装说法强调了所谓一体化电子制造概念 即把电子制造过程用一个术语概括 便于建立全局观念 也有利于不同行业共性技术的交流 以及不同行业的融合与贯通 但是 封装 package 一词
7、并不能涵盖电子制造中众多学科的内涵 也无法概括多种多样的技术特点 因而多层级封装只是一个学术概念 实际产业界通行的仍然是狭义的封装与组装封装专指以集成电路代表的元器件内部电气互连引线与外包封与形式 组装专指的是由电子物料到产品整机的实现过程 一般主要指的是印制电路板组件的安装连接 即通常所说的板级组装 学术与产业界的差异 2 电子组装电子组装技术的定义电子组装技术 electronicassemblytechnology 也称为电子装联技术或电子装配技术 主要指由电子元器件到电子产品整机的物理实现的全过程 也就是根据电路原理图 将电路中各种电子元器件 零部件以及印制电路板等原材料进行安装互连
8、检测调试 使其成为具有预定功能和设计性能的电子产品或系统的一种制造技术 电子组装技术是一门包括机械 电子 物理学 化学 光学和材料等多学科紧密结合的现代工程技术 涉及集成电路技术 电子元件技术 PCB技术 表面贴装技术 电子电路技术 CAD CAT CAM技术 电气互连技术 热控制技术 封装技术 测量技术 计算机技术 软件技术等众多技术领域 是伴随着电子产业化的进程诞生并快速发展起来的先进制造技术 1 2电子制造物料与装备体系 电子制造物料与装备是电子制造产业的硬件基础 是制造各种满足人类社会需求的电子产品的物质前提 电子制造物料包括电子产业链最前端的电子材料 中间产品电子元器件以及实现电子元
9、器件组装连接的基板 电子制造装备指制造过程中使用的各种机器设备 工装夹具和工具等 电子制造物料与装备共同构成电子制造产业的硬件基础 图1 8电子制造物料与装备体系 在电子物料中 材料处于最前端 它既是制造包括集成电路在内的各种电子元器件和承载元器件的电子基板的原料 也是构成电子整机必不可少的各种功能件和结构件的原料 同时还是元器件 基板以及整机制造工艺中不可或缺的工艺材料的原材料 电子元器件是电子产品的基本组成单元 其技术水平和可靠性直接决定电子产品的质量与性能 是电子信息产业的基础支撑产业 电子元器件无处不在 不论是日常的消费电子产品还是工业用电子设备 都是由基本的电子元器件构成的 电子元器
10、件介于电子整机行业和原材料行业之间 其特点是是所生产的产品与最终产品之间无直接的对应关系 参与多个价值链的形成 电子基板与电子元器件一样 是电子产品子产品的基本组部分 其技术的水平直接决定电子产品的结构 性能和组装制造的效率 电子产品的每次升级换代 无论是微小型化还是多功能化 都离不开电子基板技术的支撑 电子制造基础硬件中 除了物料之外就是装备 电子制造装备跨越整个电子产业链 无论前端的电子材料制备 中间的元器件和基板制造 还是最终的整机产品组装制造 都离不开相应的制造装备 装备是电子制造硬件的一个重要内容 尤其是对于现代电子制造而言 没有先进的装备不可能制造出现代化电子产品 了解现代电子制造
11、装备及其发展 无论对于把握电子产业全局还是专注某一领域都是非常必要的 现代电子制造业发展说明 没有相应的现代化半导体制造装备 根本不可能制造出各种芯片 没有高效率的先进电子组装设备 产品根本无法在市场上参与竞争 从某种意义上说 制造装备是决定电子制造产业强弱成败的一个关键因素 我国已经成为电子制造大国 成为众人皆知的电子产品世界工厂 但是我国庞大的电子制造产业所用制造装备 相当大的比例依赖进口 特别是高端装备 例如高精度光刻机 SMT组装贴片机以及光电子装备等对产业发展起关键性作用的设备 完全依赖进口 现代电子制造装备横跨电子 机械 自动化 光学 计算机等众多学科 涉及精密视觉检测 高速高精度
12、控制 精密机械加工 计算机集成制造等核心技术 是典型的机光电一体化高科技领域 现在我国IC产业的高速扩张 电子组装制造业持续高速发展以及光伏和半导体照明迅速兴起 为电子制造装备带来了广阔的发展空间 具有自主知识产权 国际先进水平的电子制造装备必将在中国大地开花结果 1 半导体制造装备 1 硅单晶制造设备 包括硅单晶制造设备 圆片整形加工研削设备 切片设备 取片设备 磨片设备 抛光设备和各种检验设备等 2 电路设计及CAD设备 包括计算机系统 各种输入输出设备和各种软件等 3 制板设备 包括图形发生器 接触式打印机 抗腐剂处理设备 腐蚀设备 清洗备和各种检验设备等 图1 9单晶硅锭生长的提拉法工
13、艺 a 晶体提拉之前的初始装置 b 晶体提拉形成晶棒的过程 图1 10硅锭成形的外圆磨削操作 a 一个可实现对直径和外圆控制的外圆磨削 b 圆柱体上磨削出的一个平面 图1 11采用金刚石砂轮的切割锯切硅晶片 图1 12硅晶片处理的两个步骤 a 轮廓磨削以便磨圆硅晶片边缘 b 表面抛光 4 芯片制造设备 包括光刻设备 曝光设备 涂膜 显影设备 腐蚀设备等 清洗设备 掺杂设备 离子注入设备 扩散炉 氧化设备 CVD 化学气相沉积 设备 溅射设备 各种测试检测分析评价设备等 5 封装与测试设备 包括组装设备 划片设备 键合设备 塑封设备 老化设备 试验设备 验漏 测试 数据处理设备 环境试验设备 等
14、 6 半导体工程设备 包括净化室 净化台 晶圆标准机械接口箱 自动搬送设备和环境控制设备 超净水制造 废气处理 废液处理 精制设备 分析设备 探测器 等 图1 13刻蚀与光刻机 等离子体刻蚀机 光刻机 2 电真空器件及平板显示器生产装备显像 显示 管制造设备 真空开关管制造设备 液晶显示器件制造设备 PDP制设备 VFD 真空荧光显示屏 制造设备 电子枪制造设备等 图1 14大幅丝网印刷机 3 电子元件及机电组件生产装备包括线束线缆设备 电阻器 电容器和电感器制造设备 敏感组件制造设备 传感器制造设备 晶体振荡器制造设备 滤波器制造设备 频率器件制造设备 磁性材料及元件制造设备 电子变压器制造
15、设备 开关制造设备 接插件制造设备 微特电机制造设备 继电器制造设备 电声器件制造设备 电池生产设备 陶瓷材料设备 线圈制造设备等 4 印制电路板生产装备包括基板加工设备 压合设备 钻孔成形设备 湿制程设备 丝印设备 检测设备 电镀设备 喷锡设备 压膜机 曝光机 显影机 制板机 烘烤制程自动线以及环境工程设备等 5 组装及整机装联设备包括SMT焊膏印刷机 喷涂设备 点胶设备 自动插件机 贴片机 接驳台 上下机 回流焊机 波峰焊机 炉温测量仪 清洗设备 返修设备 自动光学检测设备 AOI 自动X射线检测设备 AXI 环境设备 各种辅助设备 零件编带机 钢网清洁机 焊膏搅拌机 锡膏测试仪 元器件及
16、印制电路板烤箱 锡渣还原机等 氮气设备 电缆加工及检测设备等 波峰焊设备 自动光学检测设备 图1 15SMT设备 高速贴片机 表1 1电子制造设备分类表 6 其他装备 1 环境与试验设备包括高低温 恒温试验设备 湿热试验设备 干燥 老化 试验设备 防护 例如防砂 防尘 盐雾 防水等 试验设备 冲击试验设备 振动试验设备 无损检测仪器 电磁兼容测试仪 力学试验设备等 2 防静电装备包括防静电生产装备 防静电台车 台垫 周转箱 周转架 元件盒 坐椅等 防静电离子设备 离子风机 离子风帘等 防静电地板 防静电测试设备 静电场测试仪 表面电阻测试仪 手腕带测试仪等 以及静电消除器等 3 超声波设备包括超声波电镀设备 超声波清洗机 超声波焊接设备 塑焊机 熔接机 点焊机等 超声波清洗干燥机 超声波冷水机 超声波熔断机等 4 净化设备包括电磁屏蔽设备 气体 氢 氧 氮等 纯化设备 空气净化设备 水纯化设备 无尘室设备 废水 废气处理设备等 5 激光设备包括激光画线机 激光雕刻机 激光焊接机 激光切割机 激光打孔机 激光打标机 激光剥线机 激光测距仪等 6 专业工具包括手工焊接工具 电烙铁 热风枪
