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1、电子组装技术的发展与现状XX XXXXXXXXX摘要：随着电子产品小型化、高集成度的发展趋势, 电子产品的封装技术正逐步迈入微电子封装时代。从SMT设备、元器件和工艺材料等几个方面浅谈电子组 装技术的发展趋势。关键词：电子组装技术、逆序电子组装、SMT、表面组装一. 电子组装技术的产生及国内外发展情况电子管的问世，宣告了一个新兴行业的诞生，它引领人类进入了全新的发展 阶段，电子技术的快速发展由此展开，世界从此进入了电子时代。开始，电子管 在应用中安装在电子管座上，而电子管座安装在金属底板上，组装时采用分立引 线进行器件和电子管座的连接，通过对各连接线的扎线和配线，保证整体走线整 齐。其中，电子
2、管的高电压工作要求，使得我们对强电和信号的走线，以及生产 中对人身安全等给予了更多关注和考虑。国内封装产业随半导体市场规模快速增长，与此同时，IC设计、芯片制造和 封装测试三业的格局也正不断优化，形成了三业并举、协调发展的格局。作为半 导体产业的重要部分，封装产业及技术在近年来稳定而高速地发展，特别是随着 国内本土封装企业的快速成长和国外半导体公司向国内转移封装测试业务，其重 要性有增无减，仍是IC产业强项。境外半导体制造商以及封装代工业纷纷将其封装产能转移至中国，近年来， 飞思卡尔、英特尔、意法半导体、英飞凌、瑞萨、东芝、三星、日月光、快捷、 国家半导体等众多国际大型半导体企业在上海、无锡、
3、苏州、深圳、成都、西安 等地建立封测基地，全球前20大半导体厂商中已有14家在中国建立了封测企业， 长三角、珠三角地区仍然是封测业者最看好的地区，拉动了封装产业规模的迅速 扩大。二. 电子封装的分类一般来说微电子封装可以分为几个层次: 零级封装、一级封装、二级封装和 三级封装（ 如图1 所示） 。零级封装指芯片级的连接; 一级封装指单芯片或多芯 片组件或元件的封装; 二级封装指印制电路板级的封装; 三级封装指整机的组 装。一般将0 级芯片级和1级元器件级封装形式称为“封装技术”, 而将2 级印 制板级和3 级整机级封装形式称为“组装技术”。图1高密度元器件封装技术1:艺方法与匸艺技术焊膏工艺材
4、料焊剂贴片胶印刷机T艺设語貼片机再流焊接机高密度PCB设计与制遗技 术三逆序电子组装技术Fraunhofer IZM和TU Berlin一起研发出一种先进的封装技术，应用于埋入式有 源芯片的系统级封装。这种工艺被称为Chip inPolym er工艺o Chip in Polymer 工艺可以实现在一个板上集成多个器件的系统级封装组装。其方法是利用传统的 PCB 技术将薄的芯片直接埋入到每一层基板中间，而芯片与芯片之间的电互连是 通过激光打孔和微孔的金属化来完成的。另一种工艺是Joe F jelstad提出Occam 工艺。该工艺使用的是一种粘性基板，在其上布置电子元器件，且使元件的引脚 或者
5、焊盘面朝下置于基板上，并用一种塑胶材料封起来。然后将组件翻转过来， 元件的引脚或者焊盘朝上，用激光打孔制作出与元件引脚接触的过孔。在接触点 通过化学镀的方法制作出电镀铜的母层。然后在这些过孔上电镀铜。再在上面生 成阻挡层图形样式，通过刻蚀形成线路图形。还可以在最上面再放置元器件，制 作出第二层元器件组装层。还有一种是我们提出的逆序加成工艺, 该工艺也是将 整过电子装联或集成电路封装放在一个低温的过程中，不使用传统的焊料和基板, 而且在线路的形成中更符合加成的思想, 大大地节约了成本和增加了封装的密 度。奥克姆工艺也是一种倒序互连工艺, 在其工序中采用了许多成熟的、低风险 的、常见的核心处理技术
6、。该工艺使用的是一种粘性基板, 其上布置电子元器件, 且使元件的引脚或者焊盘面朝下置于基板上, 并用一种塑胶材料封起来。然后将 组件翻转过来, 元件的引脚或者焊盘朝上, 用激光打孔制作出与元件接触的过 孔, 通过电镀铜与掩模刻蚀的方法实现互连。逆序加成电子组装技术是一种新型的电子组装技术, 它引入了一种“绿色制 造”的概念, 采用逆序的加成工艺, 完全不采用传统的焊料互连, 可大大简化电 子产品的制造方法。在整个制造过程可以在较低的温度下进行, 避免经历高温过 程。相比较而言, 逆序加成工艺更符合加成的特点,之前的无论是奥克姆工艺还 是“Chip in Polymer”工艺都是在镀一层厚铜以后
7、用传统的减层工艺将不需要 的铜腐蚀掉, 而此工艺创造性地采用先薄铜后厚铜的方法, 大大减少了需要腐 蚀掉的铜的量, 更加贴切加成的概念, 也符合绿色制造的思想, 目前该方法已 经完成理论原型的制作, 并对特定温度下的热应力匹配进行了有限元模拟。无论是“Chip in Polymer”工艺，奥克姆工艺还是逆序加成工艺，它们都 给出了一个新的思路, 就是把整个电子制造的过程在一个低温加工的过程中完 成，这可以使电子制造的中不再使用焊接，这样就使产品根本上符合RoHS的要 求，并且使产品具有更高的可靠性和便于实现3D封装以及其它的高密度封装， 更适合现代电子产品的要求， 因而具有发展前景。四. 表面
8、组装工艺SMT自20世纪60年代问世以来，经过40余年的发展，已不仅成为当代电路组 装技术的主流，而且正在继续向纵深发展。就封装器件组装工艺来说，SMT的发展 已经接近极限（二维封装）， 因而应在此基础上积极开展多芯片模块和三维组装 技术的研究。表面组装技术是当今高密度引脚数组件的新领域。尽管这显示出实 际的设计与制造的优越性， 但是它的能力却远未完全被认识。通过减小引脚间距， 表面组件可以大大地缩小其尺寸。由于将单个管芯或多个管芯的芯片直接贴装在 基板上，可以进一步减小印刷电路板的面积。这就是所谓的板上芯片技术。用COB 技术封装的裸芯片的主体和I/O （输入/输出）端子（焊区）在晶体上方，
9、焊区周 边分布在芯片的四边。焊接时，先将裸芯片用导电/导热胶粘在PCB上，凝固后， 用线焊机将金属丝（Al或Au）在超声、热压的作用下，分别连接在芯片上的I/O 端子焊区和PCB相对应的焊盘上，测试合格后再封上树脂胶。COB技术具有价格低 廉、节约空间和工艺成熟等优点。TAB技术比COB技术的优越之处在于：TAB在印刷电路板上分布较低，且由于 COB中引脚较长，故引脚电感约高20%。这使得TAB比COB的电性能（尤其是高频下） 要好。由于TAB的内外引脚均可组合键合，因而其工艺过程也较快速。组合键合 是内引脚键合的典型工艺。然而，外引脚通常是单个地、一次键合一边或所有四 边同时键合的。组合键合
10、可节省键合时间和成本。TAB可使内部互连线更加密集， 因为它允许在4mil的间隔内键合2 mil的焊点，而COB只能在8 mil的间隔内键合4 mil的焊点。由于这一特点，如果应用TAB技术而不是标准引脚键合工艺，那么， 许多器件的管芯尺寸都可以缩小。最重要的是，当单个载体封装时，TAB允许在组 装前预选器件。这样就使返修量减少， 从而提高产品可靠性并降低成本。与COB相比，倒装芯片（FC）的I/O端子是以面阵列式排列在芯片之上，并在 I/O端子表面制造焊料凸点。焊接时，只要将芯片反置于PCB上,使凸点对淮PCB 上的焊盘，加热后就能实现FC与PCB的互连，因此，FC可以采用类似于SMT的技
11、术方法进行加工。早在20世纪60年代末,IBM公司就把FC技术大量应用于计算机中, 即在陶瓷印刷电路板上贴装高密度的FC;到了90年代，该技术已在多种行业的 电子产品中开始应用，特别是便携式通信设备中。IBM公司将FC连接到PCB的过程 称之为受控的塌陷芯片连接（C4）。在焊接过程中，裸芯片一方面受到熔化焊料表 面张力的影响， 可以自行校正位置， 另一方面又受到重力的影响。芯片高度会有 限度地下降。因此，FC无论是封装还是焊接，其工艺都是可靠和可行的。当前， 该技术已受到电子装配行业的广泛重视。倒装片工艺使高密度组装成为可能， 因 为它既不需要键合引脚， 也不需要封装。芯片翻转或倒过来直接贴装
12、在基板上， 其内部互连介质是管芯上的焊点和基板。倒装片工艺要求能够非常严格的控制， 但它要比任何其它类型的COB工艺会快得多。当然，与SMT一样，FC的贴装速度依 赖于贴装机的类型。三维立体组装技术（简称3D组装技术）的指导思想是把IC芯片（MCM片、WSI 大圆片规模集成片） 一片片叠加起来， 然后利用芯片的侧面边缘和垂直方向进 行互连， 从而将水平组装向垂直方向发展为立体组装。实现三维组装不但使电子 产品的密度更高， 也使其功能更多、信号传输更快、性能更好、可靠性更高， 电 子系统的相对成本会更低，它是目前硅芯片技术的最高水平。当前实现3D组装的 途径大致有三种：一是在多层基板内或多层布线
13、介质中埋置R （电阻）、C（电容） 及IC,并在基板顶端再贴装备类片式元器件，故称之为埋置型3D结构；二是用 硅大圆片规模集成片作为基板，在其上进行多层布线，最上层再贴装SMD以构成 3D,此方法称为有源基板型3D;三是将MCM上下层双叠互连起来成为3D,故称之 为叠装型3D结构。高生产效率是衡量SMT生产线的重要性能指标，SMT生产线的生产效率体现在产 能效率和控制效率。产能效率指的是SMT生产线上各种设备的综合产能。为了提 高产能效率，一些SMT生产线的回流炉后都配上了全自动的连线测试仪，这样， 在整个生产过程中都可杜绝人为因素的干扰，大幅度提高产品生产速度，从而提 高生产效率；还有些SM
14、T生产线正从传统的单路连线生产向双路连线生产方式发 展，在减少占地面积的同时，提高生产效率。当今人们生活的地球已经遭到人们 不同程度的损坏，以SMT设备为主的SMT生产线作为工业生产的一部分，毫无例 外地会对我们的生存环境产生破坏。从电子元器件的包装材料、胶水、焊膏、助 焊剂等SMT工艺材料，到SMT生产线的生产过程，无不对环境存在着这样或那样 的污染，SMT生产线越多、规模越大，这种污染也就越严重，因此，最新SMT生 产线正朝绿色生产线（green line）方向发展。绿色生产线的概念是指从SMT生产 的一开始就要考虑环保的要求，分析SMT生产中将会出现的污染源及污染程度， 从而选择相应的S
15、MT设备和工艺材料，制订相应的工艺规范，以适时的、科学的、 合理的管理方式维护管理SMT生产线的运行，以满足生产的要求和环保的要求。 这就提示我们，SMT生产线不仅要考虑生产规模和生产能力，还要考虑SMT生产 对环境的影响，从SMT建线设计、SMT设备选型、工艺材料选择、环境与物流管 理、工艺废料的处理及全线的工艺管理，全面考虑环保的要求。绿色生产线同样 是SMT生产线未来的发展方向SMT设备的更新和发展代表着表面组装技术的水 平，新的SMT设备的发展朝高效、灵活、智能、环保等方向发展。焊膏印刷是SMT生产中关键工序之一，其控制直接影响着组装板的质量。目前新 出现的技术有：(1) 封闭式印刷技
16、术。在传统的焊膏印刷过程中，焊膏长时间暴 露在开放环境下是引起印刷缺陷的重要原因。而MPM “流变泵”印刷头可以有效 解决上述问题，其工作原理如图2。与焊膏在开放的环境中滚动不同，“流变泵” 中的焊膏被装在密封的印刷头中，只有开孔焊膏才与网板接触，标准焊膏封装夹 筒不断地通过压力来充填焊膏，并提供动压力，使焊膏进入开孔。这一“流变泵” 技术从根本上消除了影响焊膏印刷的最大变量因素，使用户无需考虑印刷时间歇 或机器工作时间等情况，从而得到满意的效果。(2) 焊膏喷印技术。毫无疑问， 焊膏喷印技术是最近几年SMT设备领域中最具革命性的新技术，由瑞典MYDATA 公司开发成功。焊膏通过一个螺旋杆进入到一个密封的压力舱，然后由一个压 杆压出。由于无需网板，使它具备众多优点，极大地减少了生产转换和交货的时 间。如同计算机的喷墨打印机一样，MY500分为三部分：喷印机本身，喷印头和 焊膏盒，以及离线编程软件。焊膏盒更换很快，就如同喷墨打印机更
