小型化、高密度微波組件微組裝技術(shù)及應(yīng)用

小型化、高密度微波組件微組裝技術(shù)及應(yīng)用摘

要：微組裝技術(shù),是進(jìn)行電子小型化微型化的技術(shù),目前正廣泛地運(yùn)用在電子設(shè)備制造領(lǐng)域。但由于微裝配技術(shù)工序復(fù)雜,所使用設(shè)備數(shù)量較多,對(duì)時(shí)間投資也較大,因此嚴(yán)重影響了微裝配生產(chǎn)線的推廣。本章主要按工序,闡述了微波多芯片組件關(guān)鍵技術(shù)、三維立體裝配關(guān)鍵技術(shù),以及系統(tǒng)級(jí)裝配關(guān)鍵技術(shù)方面的研究進(jìn)展,并結(jié)合生產(chǎn)設(shè)備與環(huán)境給出了一種小型微組裝生產(chǎn)線的建設(shè)方案。關(guān)鍵詞：微波組件；微組裝技術(shù)；三維立體組裝現(xiàn)代軍事、民用工程電子技術(shù)裝備,其中包括機(jī)載、艦載、星載以及車載等雷達(dá)通訊系統(tǒng),正朝著緊湊型化、輕數(shù)字化、高頻率、多元化、高可靠性以及降低成本等趨勢(shì)發(fā)展,這增加了對(duì)組裝與互聯(lián)技術(shù)的難度。隨著將相控陣體制廣泛運(yùn)用于雷達(dá)和通訊等電子系統(tǒng)中,就必須研制大量的小型化、高密度、多用途微波技術(shù)組件。微組裝技術(shù),是新一代先進(jìn)的電子組裝技術(shù)，可以使現(xiàn)代軍用電子裝備向短、小、輕、薄、快和多用途等走向發(fā)展,微組裝技術(shù)逐漸普遍地應(yīng)用于航空、航天和艦船等重要平臺(tái)的電子技術(shù)裝置。微波組件產(chǎn)品組裝技術(shù)的快速發(fā)展主要包含以下幾個(gè)目標(biāo):提高質(zhì)量與生產(chǎn)成品率、縮短產(chǎn)品生產(chǎn)生命周期、降低生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)成本、提高企業(yè)生產(chǎn)管理效率和同時(shí)增強(qiáng)生產(chǎn)品種不斷變換的環(huán)境適應(yīng)能力。目前,小型化、高密度、三維空間結(jié)構(gòu)、多功能微波組件微制造工藝技術(shù)尤其引人矚目。本文詳盡闡述微波多芯片組件工藝技術(shù)、三維空間立體組裝技術(shù)和系統(tǒng)級(jí)組裝技術(shù)等微組裝技術(shù)的最近進(jìn)展,并簡(jiǎn)單說(shuō)明微波組件微組裝技術(shù)在新型雷達(dá)技術(shù)和通信等信息系統(tǒng)中的重要運(yùn)用。一．微波多芯片組件技術(shù)1.1技術(shù)概況MMCM技術(shù)(工作在直流或者近直流頻段到微波頻段的一種單片集成電路)是在HMIC技術(shù)(將分立的器件和單片集成電路結(jié)合在一起的混合電路)基礎(chǔ)上發(fā)展出來(lái)的新型微波集成電路封裝與互連技術(shù)。采用高密度互連基板和裸芯片組裝,對(duì)于實(shí)現(xiàn)元器件或子系統(tǒng)的高集成度、高頻率和高速率,以及電子組裝的高密度、小型化和輕量化,都具有極大的優(yōu)勢(shì)。已成為實(shí)現(xiàn)整個(gè)電子設(shè)備系統(tǒng)小型化、多功能、高性能、高可靠性的熱門技術(shù)。1.2結(jié)構(gòu)特點(diǎn)(1)微波組件采用的元器件,品種規(guī)格多,外形尺寸種類多,重量分布范圍廣,具有精密的結(jié)構(gòu)、尺寸精度高。(2)微波組件的電路板布線的寬度與間距都比較小,大多數(shù)為十微米。(3)微波組件對(duì)元器件要求用多種不同的工藝技術(shù)來(lái)粘結(jié)并且控制要求嚴(yán)格,其中更重要的為半導(dǎo)體芯片的粘結(jié)。原因?yàn)榻M成微波組件的元器件具有多方面品種。(4)微波組件的性能非常注重于寄生參數(shù)、尺寸與結(jié)構(gòu)的偏差,所以必須嚴(yán)格控制這些因素。二．微波組件的三維立體組裝技術(shù)2.1技術(shù)概況三維立體組合裝配互聯(lián)技術(shù),就是將多個(gè)2D-MMCM的立體垂直互聯(lián)方向(z軸的方向)互聯(lián)疊裝在一起,再綜合運(yùn)用這種垂直方向互聯(lián)裝配技術(shù)用來(lái)進(jìn)行射頻微波與直流射頻信號(hào)之間的垂直互聯(lián),以便同時(shí)達(dá)到完整的射頻電路集成功能,從而最終形成了我們所謂的3D-MMCM。與二維平面的立體組裝裝配技術(shù)比較,它能夠提高裝配密度、減少體積、降低重量。2.2結(jié)構(gòu)特點(diǎn)(1)我們可以通過(guò)充分利用不同層間量子耦合技術(shù)形成特有的量子電路設(shè)計(jì)元件,達(dá)到我們想要的應(yīng)用目的,所以在這種電路元件形式的正確選擇上需要具有很大的技術(shù)靈活性。(2)運(yùn)用了垂直微波互連技術(shù),降低了微波電路的平面面積,使得元器件的面積與電路基板的面積之比可大于1。(3)釆用垂直微波互連技術(shù)減少了傳統(tǒng)微波技術(shù)中電子元器件間的互聯(lián)寬度,從而降低了寄生效應(yīng),并增加的電性能。2.3三維MMCM密封焊接技術(shù)由于三維MMCM的輻射高密度,密封環(huán)件在焊接時(shí)我們應(yīng)盡量適當(dāng)減小熱輻射影響效應(yīng)區(qū),避免對(duì)連接芯片和殼體前端工件焊接處的接頭部件造成嚴(yán)重?fù)p傷。利用脈沖密封激光無(wú)縫焊接的輻射能量和熱密度不應(yīng)高度集中,是一種理想的激光焊接加工方法;射頻電源信號(hào)儲(chǔ)存功能層與芯片密封環(huán)的無(wú)縫焊接以及電源功率層上的射頻電源插座與芯片底板的無(wú)縫焊接均可通過(guò)激光釬焊的這種方式焊接實(shí)現(xiàn)。利用脈沖密封激光連接焊縫工件連接脈沖密封焊縫連接具備氣密性高、連接震動(dòng)力度大、熱輻射影響效應(yīng)區(qū)小、熱密度變化小、無(wú)外部機(jī)械化學(xué)應(yīng)力和內(nèi)部機(jī)械溫度變化、焊縫接頭不污染、成型率大等優(yōu)勢(shì)。符合三維MMCM專用密封環(huán)與三維功率鋼涂層焊接底板的專用密封環(huán)和焊接工藝要求。2.4影響激光焊接質(zhì)量的主要因素（1）工藝參數(shù)影響激光峰值功率大小是直接決定一個(gè)焊縫金屬熔深的主要影響因素。但是當(dāng)激光峰值功率較小時(shí),供給的焊接池導(dǎo)熱不夠,不能直接形成一種有嚴(yán)重焊接不牢或熔合現(xiàn)象傾向的激光密封式焊接頭,峰值激光功率較大時(shí)的非焊接池內(nèi)層金屬容易大量快速蒸發(fā)或者汽化,強(qiáng)烈的蒸汽在高壓力下還會(huì)直接引起非焊熔池內(nèi)層金屬的快速飛濺,從而容易直接破壞焊縫殼的內(nèi)層鋁合金,使其造成焊縫崩塌。脈沖管的長(zhǎng)度大小取決于脈沖升溫持續(xù)時(shí)間,影響脈沖熔深與熱密度影響力的范圍。加熱脈沖管的長(zhǎng)度越寬,熔深受熱面積越大,熱影響部也越大。焊接該薄板時(shí),不宜直接采用太大的脈寬。否則,蓋板殼體會(huì)大或小幅度發(fā)生變形,無(wú)法和蓋板殼體緊密連接,因而還會(huì)增加蓋板熱應(yīng)力。為了能使蓋板熔深的表面積大大增加,可相應(yīng)地?cái)U(kuò)大脈寬。脈沖紋波重復(fù)點(diǎn)焊頻率直接影響激光焊縫的致密形成。隨著激光脈沖紋波重復(fù)焊接頻率的不斷增加,相鄰的兩個(gè)激光焊縫鍍錫池和接合部的激光熔融池之間的縫隙間隔逐漸減小,重疊池的面積逐漸變大,有助于焊縫除去內(nèi)部表層裂紋和金屬微粒的精細(xì)化,提高激光焊縫焊接質(zhì)量。為了有效確保焊縫激光脈沖焊接的良好密封性,脈沖重復(fù)頻率的最佳選擇速度應(yīng)與激光焊接點(diǎn)的速度一致,以利于改善激光焊接點(diǎn)和接頭的致密性,焊接接頭的重疊率應(yīng)達(dá)到70%以上。（2）其他影響因素焊接工裝夾具是試驗(yàn)件裝配定位和獲得良好焊縫的重要保證。由于焊接的軌跡為封閉環(huán)型,為避免焊接時(shí)的應(yīng)力集中導(dǎo)致蓋板的翹曲,需設(shè)計(jì)合理的夾具固定工件,確保殼體與蓋板裝配的平整度,同時(shí)也可有效避免和減少影響激光束焦點(diǎn)位置穩(wěn)定性的因素。三．微波組件微組裝技術(shù)的應(yīng)用微波多芯片模塊廣泛用作各種雷達(dá)、通訊、導(dǎo)航等電子設(shè)備的微波/射頻信號(hào)前端系統(tǒng)。最具代表性的應(yīng)用為微波通信方法。微波通信系統(tǒng)需要多個(gè)微波/射頻前端來(lái)發(fā)送并接受調(diào)制的微波訊號(hào)。微波多芯片組件技術(shù)是微波/射頻前端開(kāi)發(fā)與制造的第一個(gè)選擇,它擁有高組裝密度,高加工頻率,高可靠性,微型化形狀與模塊功能的優(yōu)勢(shì)。微組裝技術(shù)是集成高密度互聯(lián)基板技術(shù)、多芯片組件技術(shù)、系統(tǒng)/子系統(tǒng)裝配技術(shù)、3D組裝技術(shù)和關(guān)鍵工藝技術(shù)的綜合運(yùn)用技術(shù),將組成電子電路的多個(gè)微型元器件共同裝配到一起,組成3D架構(gòu)的高密度、高性能、高可靠性、微小型和模塊化集成電路生產(chǎn)的先進(jìn)電子裝聯(lián)技術(shù)。四．結(jié)束語(yǔ)本文只說(shuō)明了電路模塊級(jí)微組裝技術(shù),主要包含芯片焊接技術(shù),在介紹整個(gè)微組裝技術(shù)方面較少。微波組件微組裝技術(shù)是完成雷達(dá)和通訊等電子產(chǎn)品系統(tǒng)小型化、輕數(shù)字化、高性能和高可靠的重要制造工藝技術(shù)手段,尤其是微波多芯片組件工藝技術(shù)、三維立體組裝技術(shù)和系統(tǒng)級(jí)微組裝技術(shù)近年來(lái)發(fā)展迅速,應(yīng)用廣泛,并發(fā)揮了巨大作用。由于電子產(chǎn)品系統(tǒng)越來(lái)越向小尺寸輕量化、高工作頻率、大工作寬度