《現(xiàn)代電子裝聯(lián)工藝基礎(chǔ)》課件第1章

第1章緒論1.1電子裝聯(lián)技術(shù)概述1.2電子裝聯(lián)技術(shù)的發(fā)展過程1.3電子裝聯(lián)工藝的研究內(nèi)容

1.1電子裝聯(lián)技術(shù)概述

1.1.1基本概念

電子產(chǎn)品一般分為半導(dǎo)體芯片、電子元器件、電路組件（部件）、整機和系統(tǒng)等形式。半導(dǎo)體芯片是組成集成電路（電子元器件）的基本要素，電子元器件是構(gòu)成電路組件的最小單元，電路組件又是整機和系統(tǒng)的基本單元。這些產(chǎn)品一般都是在各類專業(yè)化的企業(yè)中，根據(jù)其制造特點采用不同的制造技術(shù)來分別加工的。為了正確認識和把握不同產(chǎn)品的制造特點，電子工程采用了封裝的概念，將電子產(chǎn)品的制造過程劃分成不同層次或階段加以研究。封裝除了提供基本的電氣連接、機械支撐和物理保護作用外，還有按模塊化、規(guī)格化、標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計與制造的功能。

1.電子封裝

根據(jù)電子產(chǎn)品的功能特征和制造特點，封裝一般分為四個等級。

1)零級封裝（裸芯片級）

零級封裝是指通過制膜、氧化、擴散、制版、光刻等工藝技術(shù)在硅晶片上制作出半導(dǎo)體的基本芯片和電極，以開發(fā)材料的電子功能，實現(xiàn)所要求的元器件特性。因此，零級封裝主要涉及特征尺寸在10μm量級以下領(lǐng)域的芯片制造過程，所加工的芯片除了鍵合區(qū)裸露在外，整個芯片表面只有一層氮化硅或二氧化硅鈍化保護層，故有裸芯片之稱。顯然，裸芯片是現(xiàn)代電子產(chǎn)品的基本要素。

2)一級封裝（元器件級）

一級封裝是從裸芯片入手，利用膜技術(shù)和微細連接技術(shù)先將裸芯片和其它構(gòu)成要素布置、固定及鍵合連接在框架或基板上，再引出接線端子，并通過可塑性絕緣介質(zhì)將電子元器件灌封固定、按印檢查等工序來完成最終的封裝體，以確保元器件的可靠性并便于與外電路連接。一級封裝可以對單個裸芯片進行封裝，也可以將多個裸芯片裝載在多層基板上以構(gòu)成多芯片組件（MultiChipModules，MCM）。因此，一級封裝產(chǎn)品是電子元器件，它是構(gòu)成絕大多數(shù)電路組件、整機和系統(tǒng)的實際最小單元。一般的電子產(chǎn)品制造企業(yè)所用的電子元器件都是從半導(dǎo)體廠家直接購入的。例如，常見的雙列直插封裝（DoubleInlinePackage，DIP）、小外形封裝（SmallOutlinePackage，SOP）、四方扁平封裝（QuadFlatPackage，QFP）、球柵陣列封裝（BallGridArray，BGA）等元器件都是一級封裝的產(chǎn)品。一級封裝為芯片提供了各種功能保護，使其避免外力損害和受內(nèi)外環(huán)境的影響。同時，通過在芯片基板上布線，以及芯片鍵合引線與元器件引腳端子的互連，將芯片的微細引線間距（Pitch）調(diào)整到了通用的規(guī)格尺寸。圖1.1顯示了DIP的基本結(jié)構(gòu)。圖1.1DIP的基本結(jié)構(gòu)

MCM是將多個芯片封裝在一起，并與其它元器件一起構(gòu)成具有部件或系統(tǒng)級功能的多芯片組件。與單芯片封裝相比，MCM具有更高的封裝密度，能夠更好地滿足電子系統(tǒng)微型化發(fā)展的要求，因此是目前電子封裝技術(shù)的主要發(fā)展趨勢。

3)二級封裝（板卡級）

二級封裝是根據(jù)電路設(shè)計要求，將多個元器件安裝在印刷電路板（PrintedCircuitBoard，PCB）等電路基板上，從而形成板卡級的電路模塊或功能組件的過程。一般在電路板上還設(shè)有接插件，以便與其它板卡級模塊互連。板卡級電路模塊是電子產(chǎn)品整機和系統(tǒng)的主要部件，例如個人電腦中的主板、內(nèi)存條，手機中的電路主板等都是二級封裝的產(chǎn)品。

4)三級封裝（系統(tǒng)級）

三級封裝是將板卡級電路模塊、必要的機電產(chǎn)品或元器件等互連，從而形成最終的電子產(chǎn)品整機的過程。例如將個人計算機中主板與內(nèi)存條、硬盤、電源等互連并裝入機箱，組成一個完整的計算機系統(tǒng)的過程。對一些大型系統(tǒng)，有時還需要通過整機、分系統(tǒng)之間的互連來實現(xiàn)整個系統(tǒng)的功能。

總的來看，電子封裝過程是一項涉及從硅片開始到電子產(chǎn)品系統(tǒng)實現(xiàn)的綜合技術(shù)過程，其發(fā)展將依靠并帶動電子材料、微電子技術(shù)、先進制造技術(shù)及裝備等一大批基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

2．電子裝聯(lián)技術(shù)

在實際生產(chǎn)中，微電子行業(yè)一般將零級封裝和一級封裝稱為電子封裝（ElectronicsPackaging），主要是指半導(dǎo)體的制造過程，這也是微電子技術(shù)的核心和發(fā)展最為活躍的部分

。就一般的電子產(chǎn)品制造業(yè)而言，主要涉及的是二級封裝和三級封裝。二級封裝也常稱為電子裝聯(lián)或組裝過程，主要是形成板卡級的電路功能模塊。

本書所講到的電子產(chǎn)品就是指由二級封裝所加工的產(chǎn)品，它們所采用的封裝技術(shù)即為電子裝聯(lián)技術(shù)。三級封裝則是產(chǎn)品的最終裝配過程。因此，電子裝聯(lián)技術(shù)（ElectronicsAssemblyTechnelogy）主要涉及在工業(yè)生產(chǎn)條件下進行二級封裝的技術(shù)。它是一項根據(jù)電路設(shè)計要求，將電子元器件準(zhǔn)確、可靠地安裝在印刷電路板上，從而形成符合一定電氣與機械連接要求的電路模塊的制造技術(shù)。圖1.2顯示了由不同裝聯(lián)技術(shù)所組裝的電路模塊。對于有些產(chǎn)品，通過電子裝聯(lián)就可以直接實現(xiàn)整機的產(chǎn)品功能。

同時，隨著裝聯(lián)技術(shù)的發(fā)展，二級封裝也已開始直接采用裸芯片進行裝聯(lián)（如后文中所介紹的COX技術(shù)），這使得一級封裝和二級封裝之間的界線開始變得模糊起來。圖1.2由不同電子裝聯(lián)技術(shù)所組裝的電路模塊（a）通孔插裝技術(shù)的裝聯(lián)組件;(b）表面組裝技術(shù)的裝聯(lián)組件1.1.2電子裝聯(lián)技術(shù)的地位

目前，幾乎所有的電子產(chǎn)品都包含了板卡級(二級封裝)的電路模塊，因此電子裝聯(lián)成為現(xiàn)代電子產(chǎn)品制造中一項必不可少的基本過程，其基礎(chǔ)性地位主要體現(xiàn)在以下幾個方面。(1)電子產(chǎn)品（特別是具有高技術(shù)附加值的高密度封裝產(chǎn)品）的價值實現(xiàn)與電子產(chǎn)品制造業(yè)經(jīng)濟效益的實現(xiàn)都離不開現(xiàn)代電子裝聯(lián)技術(shù)。目前，電子信息產(chǎn)業(yè)已成為世界性的支柱產(chǎn)業(yè)，它對世界經(jīng)濟發(fā)展起著巨大的推動作用。據(jù)2005年的有關(guān)資料統(tǒng)計，我國2005年集成電路的需求量大約為360億塊，到2010年,估計將達到800億塊,如此多的集成電路只有通過各種裝聯(lián)技術(shù)才能轉(zhuǎn)變成電子產(chǎn)品整機出售。另據(jù)Prismarkreport2004預(yù)測，到2007年，全球各類電子產(chǎn)品（包括計算機、通訊器材、汽車、軍事和消費類電子產(chǎn)品等）的產(chǎn)值將從2002年的8690億美元發(fā)展到11210億美元，其中僅亞洲（除去日本）的產(chǎn)值就達3860億美元。這些產(chǎn)值也必須通過各種裝聯(lián)技術(shù)將各種電子材料、元器件等轉(zhuǎn)變成產(chǎn)品整機才能得到體現(xiàn)。

(2)電子裝聯(lián)技術(shù)已經(jīng)成為現(xiàn)代工業(yè)條件下電子產(chǎn)品制造的基本技術(shù)。微電子技術(shù)的飛速發(fā)展在對現(xiàn)代電子產(chǎn)品設(shè)計提供豐富的內(nèi)容和支持的同時，也使其更加依賴電子裝聯(lián)技術(shù)。僅就封裝技術(shù)而言，自1958年世界上第一塊集成電路（IntegratedCircuit，IC）問世以來，代表性的IC封裝就由早期的插入式DIP（引腳4～64條）發(fā)展到四邊引腳的表面組裝型QFP等（引腳可達數(shù)百條），之后又由QFP等發(fā)展到面陣列引腳的BGA封裝（引腳可達上千條）。引腳間距也由DIP時的2.54mm迅速縮小到了0.3mm，并有可能進一步縮小。自20世紀(jì)90年代起，封裝形式也開始由單芯片封裝向多芯片封裝、三維模塊封裝等方向發(fā)展。與此同時，片式阻容元件尺寸規(guī)格由1975年的3.2mm×1.6mm縮小到了現(xiàn)在的0.3mm×0.15mm，PCB也由雙面板發(fā)展到了60多層。因此，在以電子材料、大規(guī)模集成電路設(shè)計、制造和封裝技術(shù)以及基板制造技術(shù)為核心的微電子技術(shù)的迅速發(fā)展為現(xiàn)代電子產(chǎn)品向多功能、高性能和輕薄小型化方向發(fā)展提供巨大支撐的同時，也由于元器件的種類繁多、密集的引腳與微小的外形而使得產(chǎn)品的裝聯(lián)難度更大，產(chǎn)品的設(shè)計制造過程對各種裝聯(lián)技術(shù)的依賴性更強。如果沒有現(xiàn)代化裝聯(lián)技術(shù)的支持，各種先進的電子產(chǎn)品也就無法進行工業(yè)化規(guī)模生產(chǎn)。

(3)電子裝聯(lián)技術(shù)的發(fā)展可以帶動相關(guān)技術(shù)理論以及先進的工藝材料和技術(shù)裝備等一大批基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展?，F(xiàn)代電子裝聯(lián)技術(shù)是一項涉及物理、化學(xué)、傳熱學(xué)、材料學(xué)、焊接技術(shù)、機械、電子、控制和管理技術(shù)等多學(xué)科領(lǐng)域的綜合性技術(shù)體系，其發(fā)展離不開相關(guān)的基礎(chǔ)理論、技術(shù)方

法和工藝裝備的支撐。例如，在目前廣泛使用的錫鉛焊料中，鉛對環(huán)境和人類健康有著較大的危害,為此，2006年7月1日實施的我國《電子信息產(chǎn)品污染防治管理辦法》和歐盟《關(guān)于在電子電氣設(shè)備中禁止使用某些有害物質(zhì)指令》（RoHS）兩項制度將迫使企業(yè)采用無鉛化的焊接材料，這就引起了無鉛化焊接技術(shù)及其相應(yīng)的工藝材料的研發(fā)。因此可以說,一項制度的頒布實施就在世界范圍內(nèi)構(gòu)建了一個巨大的新興市場。由于我國電子裝聯(lián)技術(shù)的許多關(guān)鍵設(shè)備一直需要進口，為此早在2001年，在國家發(fā)展計劃委員會與科技部根據(jù)“十五”科技發(fā)展專項規(guī)劃和“十五”高技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展專項規(guī)劃制定的《當(dāng)前優(yōu)先發(fā)展的高技術(shù)產(chǎn)業(yè)化重點領(lǐng)域指南》中，就將電子產(chǎn)品整機裝聯(lián)設(shè)備和工模具列為重點發(fā)展方向。因此，通過對裝聯(lián)技術(shù)的研究除了可以形成具有我國自主知識產(chǎn)權(quán)的核心技術(shù)和提高科技競爭力外，還可以帶動相關(guān)基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。1.1.3電子裝聯(lián)技術(shù)的基本內(nèi)容

關(guān)于電子裝聯(lián)技術(shù)的內(nèi)容，可以從廣義和狹義兩方面來理解。

從廣義上講，電子裝聯(lián)技術(shù)是一項包括電子元器件、電路基板、裝聯(lián)設(shè)計、裝聯(lián)工藝技術(shù)以及生產(chǎn)質(zhì)量管理等方面內(nèi)容的綜合技術(shù)體系，涉及到許多學(xué)科領(lǐng)域的內(nèi)容。主要包括：

（1）元器件和電路基板是裝聯(lián)的對象，其豐富的內(nèi)容和發(fā)展水平不斷地對裝聯(lián)技術(shù)提出要求，從而推動了裝聯(lián)技術(shù)的發(fā)展。這其中，以微處理器和存儲器為代表的集成電路制造技術(shù)本身就是一個非?；钴S的領(lǐng)域，其不斷提高的性能和日益增強的功能對電子信息技術(shù)革命起著巨大的推動作用。數(shù)十年來，封裝技術(shù)一直追隨著IC的發(fā)展步伐，幾乎每出現(xiàn)一代IC就會有一代封裝技術(shù)隨之產(chǎn)生。

繼BGA之后，芯片級封裝（ChipSizePackage，CSP）、硅圓片級集成封裝（WaferScale

Integration，WSI）以及各種多芯片封裝形式更是層出不窮，它們在為產(chǎn)品設(shè)計提供豐富的選擇的同時，也極大地豐富了裝聯(lián)技術(shù)的內(nèi)容、促進了裝聯(lián)技術(shù)的發(fā)展。從裝聯(lián)技術(shù)的發(fā)展歷程來看，微電子技術(shù)的發(fā)展始終是推動裝聯(lián)技術(shù)發(fā)展的直接動力，而裝聯(lián)技術(shù)的發(fā)展與普及又為微電子技術(shù)的進一步發(fā)展提供了廣闊的空間。（2）裝聯(lián)設(shè)計既是產(chǎn)品設(shè)計的一個組成部分，又對元器件與電路基板的發(fā)展和使用提出要求，同時還對裝聯(lián)工藝提供指導(dǎo)。現(xiàn)代電子產(chǎn)品正在向高度集成化的高性能和輕薄、小型化方向發(fā)展，這就要求在產(chǎn)品設(shè)計之初即要充分考慮高密度封裝設(shè)計。因此，裝聯(lián)設(shè)計首先是電路設(shè)計的一部分，需要按功能、價格和可靠性要求進行電路功能最優(yōu)劃分，同時還要結(jié)合電路板設(shè)計與元器件布局以解決電路在熱、機、電、磁方面的問題；此外，它還是裝聯(lián)工藝設(shè)計的重要組成部分，需要解決裝聯(lián)對象與裝聯(lián)組件的裝聯(lián)工藝性，確定裝聯(lián)方式與工藝流程等方面問題。因此，裝聯(lián)設(shè)計的基礎(chǔ)理論和設(shè)計技術(shù)對電子產(chǎn)品性能、可靠性和制作成本具有重要的意義。綜合考慮電子產(chǎn)品性能進行電路設(shè)計與裝聯(lián)工藝設(shè)計是裝聯(lián)設(shè)計的發(fā)展方向。（3）裝聯(lián)工藝技術(shù)是根據(jù)裝聯(lián)設(shè)計要求將裝聯(lián)對象組裝在一起，從而形成電子產(chǎn)品組件這一過程中所涉及的各項技術(shù)，它包括裝聯(lián)工藝、工藝材料和技術(shù)裝備三方面的內(nèi)容。工藝材料和技術(shù)裝備是裝聯(lián)工藝技術(shù)的物質(zhì)基礎(chǔ)，裝聯(lián)工藝（過程與方法）則是裝聯(lián)得以實現(xiàn)的前提條件。目前，無鉛焊接已成為取代傳統(tǒng)錫鉛焊接的必然趨勢，但其焊接溫度要高出錫鉛焊料約35℃以上，可能危及包括元器件、電路基板在內(nèi)的組裝質(zhì)量并可能導(dǎo)致現(xiàn)有設(shè)備的普遍升級。因此，包括焊錫膏、助焊劑在內(nèi)的各類工藝材料的研發(fā)一直都是裝聯(lián)工藝技術(shù)的主要內(nèi)容。而高精尖的裝聯(lián)工藝裝備本身就是高科技的產(chǎn)物，其研發(fā)能力體現(xiàn)了一個國家或企業(yè)的綜合技術(shù)實力（例如我國先進的貼片機、微組裝設(shè)備幾乎都是進口）。此外，裝聯(lián)中的工藝控制問題也往往成為企業(yè)提高產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)率、降低生產(chǎn)成本的突出問題。（4）構(gòu)成裝聯(lián)技術(shù)的最后一項是與之相關(guān)的各種法律法規(guī)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和企業(yè)內(nèi)部生產(chǎn)質(zhì)量管理體系建設(shè)等方面的內(nèi)容。其目的是使電子裝聯(lián)技術(shù)的各項內(nèi)容符合社會經(jīng)濟與行業(yè)健康發(fā)展要求，并便于企業(yè)內(nèi)部實行制度化管理，充分發(fā)揮這項技術(shù)的社會效益與經(jīng)濟效益。例如，歐盟制定的《報廢電子電氣設(shè)備指令》（WEEE）與《關(guān)于在電子電氣設(shè)備中禁止使用某些有害物質(zhì)指令》（RoHS）,都是為了減少電子產(chǎn)品與制造中的有害物質(zhì)對環(huán)境的危害。加強元器件的標(biāo)準(zhǔn)化工作能提高技術(shù)裝備的通用性，減少包括元器件包裝、存儲管理方面的浪費。

由于現(xiàn)代電子裝聯(lián)技術(shù)已發(fā)展成為一項龐大的綜合技術(shù)體系，其技術(shù)難度高，資金投入大，因此加強企業(yè)內(nèi)部的各項制度建設(shè)更是提高企業(yè)經(jīng)濟效益的重要措施。從狹義上講，電子裝聯(lián)技術(shù)僅指裝聯(lián)工藝技術(shù)（在某些場合，也指裝聯(lián)設(shè)計與裝聯(lián)工藝技術(shù)兩個方面），這主要是面向采用該技術(shù)的電子產(chǎn)品制造業(yè)的用戶而言的。企業(yè)直接使用采購的元器件在電路設(shè)計和裝聯(lián)設(shè)計要求的指導(dǎo)下進行元器件布置、PCB設(shè)計并按照裝聯(lián)工藝組織生產(chǎn)。這時，企業(yè)的著眼點回歸產(chǎn)品裝聯(lián)質(zhì)量、生產(chǎn)成本和生產(chǎn)效率等制造業(yè)的基本問題。本書所講的內(nèi)容主要涉及的是狹義方面的裝聯(lián)技術(shù)。

1.2電子裝聯(lián)技術(shù)的發(fā)展過程

電子裝聯(lián)技術(shù)從無線電技術(shù)誕生的那一刻起就相伴誕生，并隨著元器件的發(fā)展水平和電子產(chǎn)品工業(yè)化大生產(chǎn)的需求而不斷地發(fā)展和變化，從而表現(xiàn)出電子裝聯(lián)技術(shù)的內(nèi)容和發(fā)展水平總是與裝聯(lián)對象——電子元器件和電路基板相適應(yīng)的特點。這其中，每一種裝聯(lián)技術(shù)從出現(xiàn)到成為時代主流都與元器件的充分發(fā)展和廣泛普及密切相關(guān)。若從有源器件的發(fā)展歷程來考察相應(yīng)的裝聯(lián)技術(shù)，目前的電子裝聯(lián)技術(shù)已大體經(jīng)歷了四個發(fā)展階段，并開始進入其第五個發(fā)展階段。1.2.1早期的裝聯(lián)技術(shù)

自1875年美國人G.R.Carey發(fā)明光電真空管（Phototube）至20世紀(jì)50年代，電子技術(shù)主要處于電子真空管時代。這一時期的裝聯(lián)技術(shù)主要以手工方式將電子管等長引腳大型元器件

（常通過管座）插裝在絕緣或金屬底盤上，再通過管座引線焊接而組成電路。收發(fā)報機、電子管收音機等都是這一時期的典型產(chǎn)品。

1947年,世界上第一只晶體管在美國貝爾實驗室研制成功。20世紀(jì)50年代世界上第一臺波峰焊機在英國出現(xiàn)。與此同時，自20世紀(jì)50年代后期,晶體管開始逐步占領(lǐng)市場，電子裝聯(lián)技術(shù)轉(zhuǎn)向以手工（或半自動）方式將晶體管、軸向引線的分立式元件插裝在印刷電路板的焊接通孔中，再通過手工焊接或浸焊（或波峰焊接）等方式進行電路連接。這一時期的典型產(chǎn)品是半導(dǎo)體收音機和黑白電視機。早在1936年，英國人PaulEisler便已發(fā)明了在酚醛樹脂基板的銅箔板上通過金屬箔腐蝕法制造印刷電路板的技術(shù)。但直到晶體管的問世和應(yīng)用以后，特別是1950年和1953年，以金屬箔腐蝕法制成的單面PCB和采用電鍍法制成的具有金屬化通孔的雙面PCB在美國相繼問世，印刷電路板才逐步開始在電子裝聯(lián)中大量采用。

電子管和晶體管時期的裝聯(lián)技術(shù)是現(xiàn)代電子裝聯(lián)技術(shù)的初始發(fā)展階段。在這一時期，有源器件的種類有限，裝聯(lián)技術(shù)的機械化程度較低（例如1964年，日本夏普公司銷售的世界上第一臺全晶體管電子計算器CS-10A就是手工裝焊的，在其基板上甚至還保留了一個電子管），但晶體管的裝聯(lián)技術(shù)已經(jīng)具備了通孔插裝技術(shù)的基本特征。1.2.2通孔插裝技術(shù)

1958年,世界上第一塊集成電路在美國德州儀器公司研制成功;到1965年,雙列直插封裝器件（DIP）開始實用化。此后，這種以DIP封裝的集成電路迅速成為中小規(guī)模IC的主導(dǎo)產(chǎn)品,同時，晶體管等分立元件依然占據(jù)著部分市場。因此，從20世紀(jì)60年代后期至70年代中后期，以晶體管和DIP為代表的插入式元器件共同占據(jù)著電子元器件市場的主導(dǎo)地位。隨著DIP等插入式元器件的大量使用，電子裝聯(lián)技術(shù)此時也發(fā)展成為將元器件的引腳直接插入到印刷電路板的焊接通孔中，再在電路的引腳伸出面上通過波峰焊接技術(shù)實現(xiàn)電路裝聯(lián)。這時的裝聯(lián)技術(shù)也稱為通孔插裝技術(shù)（ThroughHoleTechnology，THT），其所插裝的元器件主要是帶有較長引腳的分立式晶體管、電阻、電容器和一些中、小規(guī)模的集成電路等（見圖1.3）。此時的印刷電路板已廣泛采用環(huán)氧玻璃布基的雙面板，并出現(xiàn)了按金屬化通孔工藝制造的多層PCB（于1961年在美國首度出現(xiàn)），其布線密度較之單面板也有了很大的提高。在這一時期，DIP的引腳范圍為4～64條，其引腳間距為2.54mm，分立元件的引線直徑為0.5～0.9mm，因此PCB需要按2.54mm網(wǎng)格打孔布線。PCB的打孔需要和元器件較大的外形尺寸都限制了元器件在電路板上的組裝密度，因此，THT的組裝件依然較大（見圖1.2(a)）。但是由于這時的電子技術(shù)已經(jīng)有了充分的發(fā)展，并且隨著裝聯(lián)對象與各項裝聯(lián)技術(shù)的日漸豐富與成熟，以及隨著機械化的元器件插裝技術(shù)和組裝件的整體波峰焊接技術(shù)極大地提高了THT的生產(chǎn)效率，因此使得THT成為插裝類元器件裝聯(lián)技術(shù)的一個高峰。彩色電視機便是這一時期的代表性產(chǎn)品。圖1.3由THT技術(shù)或手工裝聯(lián)的部分元器件1.2.3表面組裝技術(shù)

1967年,第一塊大規(guī)模集成電路（LargeScaleIntegration，LSI）在美國問世，IC引腳也開始增多。密集的引腳使THT在PCB布線、元器件插裝及組裝密度方面的問題隨之增加。同時，在20世紀(jì)60年代,瑞士鐘表業(yè)通過引入無引腳元件和小外形封裝集成電路，并采用將其直接貼、焊在印刷電路板焊盤表面的方法實現(xiàn)了電子表的小型化。這也是今天的表面組裝技術(shù)（SurfaceMountTechnology，SMT）的雛形，其先進性在當(dāng)時也很快地引起了業(yè)界的重視。隨著20世紀(jì)70年代各種短引腳扁平IC封裝(如SOP、QFP以及無引腳阻容元件，統(tǒng)稱片式元器件(ChipComponent）)的相繼推出，多層PCB技術(shù)的實質(zhì)性發(fā)展以及SMT專用焊料和技術(shù)裝備的研制成功，特別是在20世紀(jì)70年代后期至80年代初，各種高性能、低價格的組裝技術(shù)裝備紛紛面世，使得裝聯(lián)技術(shù)從此進入了SMT時代。

1977年,第一塊超大規(guī)模集成電路（VeryLargeScaleIntegration，VLSI）的出現(xiàn),更是進一步促使了IC向多引腳、細間距的方向發(fā)展。隨著QFP等四邊引線封裝器件的引腳間距從1.27mm迅速下降到了0.3mm，由數(shù)百條引腳引起的共面性、對中性問題也大大增加了貼裝工藝的難度,于是,使得早在20世紀(jì)60年代初就已經(jīng)出現(xiàn)的面陣列球形焊料端子封裝（BGA）在80～90年代又重新進入了人們的視野。1991年，由Motorola公司等開發(fā)的塑封BGA使得面陣列引腳封裝技術(shù)實用化。此后,新的面陣列封裝IC相繼出現(xiàn)（如20世紀(jì)90年代中期美國的微型球柵陣列封裝μBGA、日本的芯片尺寸封裝CSP（ChipScalePackage），封裝面積/芯片面積之比更是達到1.2以下），其I/O引腳直接分布在封裝體的底面，這在適應(yīng)I/O數(shù)快速增長的同時，也極大地改善了組裝的工藝性和組件的電氣性能。與此同時，SMT的各項技術(shù)內(nèi)容也更加成熟，組裝不良率下降到了百萬分之十以下。SMT終于在20世紀(jì)90年代發(fā)展成為現(xiàn)代電子裝聯(lián)的主流技術(shù),成為了電子裝聯(lián)技術(shù)史上的又一個高峰。

裝聯(lián)元器件小型化、IC的高度集成化以及封裝形式的多樣性是SMT區(qū)別于THT的顯著特征。圖1.2(b)顯示的是已經(jīng)由表面組裝技術(shù)組裝的電路模塊（局部），圖1.4給出了能由表面組裝技術(shù)裝聯(lián)的部分元器件的外形。圖1.4由SMT技術(shù)裝聯(lián)的部分元器件的外形1.2.4微組裝技術(shù)

隨著現(xiàn)代電子產(chǎn)品向高速、多功能和小型化方向的發(fā)展，自20世紀(jì)80年代起，直接利用未封裝的裸芯片進行電路組裝的各類微組裝技術(shù)（MicroelectronicsPackagingTechnology，MPT）開始興起，追求更高的電路性能和封裝密度是其總的目標(biāo)。MPT的出現(xiàn)是對傳統(tǒng)電子產(chǎn)品設(shè)計與制造觀念的發(fā)展，是在現(xiàn)代電子產(chǎn)品向高度集成化方向發(fā)展的條件下，整合從裸芯片開始的各種資源進行系統(tǒng)整體設(shè)計，使電子制造由獨立分散型向集中統(tǒng)一型、單純生產(chǎn)型向設(shè)計主導(dǎo)型轉(zhuǎn)變的結(jié)果。

MPT現(xiàn)已形成一個技術(shù)群體。其一般特點是采用多層高密度電路基板，通過微細互連技術(shù)和先進封裝工藝在裸芯片與電路基板甚至裸芯片之間直接進行電路連接與封裝，從而形成高度集成的高性能電子組件。其實現(xiàn)的途徑包括將封裝的許多功能由基板來承擔(dān)以減小封裝環(huán)節(jié)和體積，將多個裸芯片封裝在一塊基板內(nèi)以實現(xiàn)大規(guī)模系統(tǒng)的中樞電路，在多層基板中直接埋藏積層阻容元件等以實現(xiàn)電路的高速化與小型化等等。因此MPT的組裝件是一級和二級封裝直接接合的產(chǎn)物（甚至在某些場合是零級與二級封裝相結(jié)合的產(chǎn)物）。在MPT技術(shù)中，用戶主導(dǎo)設(shè)計特征明顯，與一般通用的標(biāo)準(zhǔn)化IC器件相比，MPT的組件功能都是由用戶主導(dǎo)設(shè)計的。由于取消了一個封裝環(huán)節(jié)、縮短了電路引線，因此MPT顯著地提高了組件的裝聯(lián)密度，改善了電氣性能，成為現(xiàn)代電子裝聯(lián)技術(shù)的新高峰。

其中，最具代表性的MPT包括以下幾種：

1．板載芯片技術(shù)（ChiponX，COX）

根據(jù)基板X的類型區(qū)分，板載芯片技術(shù)包括COB（印刷電路板，X：Board）、COF（有機膜片，X：Film）、COG（玻璃基板，X：Glass）、COS（硅片基板，X：Silicon）等。圖1.5顯示了COB的技術(shù)原理。圖1.5COB的技術(shù)原理（a）基板;(b）點膠;（c）貼片;（d）引線;（e）封裝裝聯(lián)時，除采用正裝芯片（芯片端子焊區(qū)在芯片上表面）通過引線鍵合與基板互連外，還大量采用倒裝片（FlipChip，F(xiàn)C，焊區(qū)端子凸點在芯片底面）技術(shù)將芯片裝聯(lián)到基板焊盤上。電路互連后，經(jīng)測試合格再用樹脂膠等進行封裝。由于COX技術(shù)中IC芯片直接與電路基板組裝，減少了組裝環(huán)節(jié)，縮小了相關(guān)電路的占用空間，使得產(chǎn)品更加輕薄。但是它也具有芯片需與基板X熱匹配，封裝后無法維修，對裸芯片供應(yīng)的依賴性強等特點。目前，COX技術(shù)已在智能卡、計算器、高端筆記本電腦、攝像機等組裝中得到應(yīng)用。

2．多芯片模塊技術(shù)（MultichipModule，MCM）

多芯片模塊是20世紀(jì)80年代初發(fā)展起來的一種混合集成電路，是由多個裸芯片封裝在一塊電路基板構(gòu)成的一個獨立的電路功能模塊。因此，MCM以模塊為系統(tǒng)的功能色彩非常強，一個MCM組件就相當(dāng)于一個分系統(tǒng)，幾塊MCM裝聯(lián)到一起就能實現(xiàn)系統(tǒng)級的功能。MCM的組裝密度一般超過了

30％，而SMT、COB等組裝密度一般在30％以下。

MCM的核心是電路基板技術(shù)。根據(jù)所采用的基板類型，MCM現(xiàn)已發(fā)展成MCM-L（Laminate，采用厚膜導(dǎo)體布線的多層印刷電路板）、MCM-C（Ceramic，采用厚膜導(dǎo)體布線的陶瓷多層基板）及MCM-D（Deposition，采用薄膜導(dǎo)體布線的光刻技術(shù)形成多層互連基板）等，并已在超高速計算機系統(tǒng)、航天電子設(shè)備和軍用產(chǎn)品中得到應(yīng)用。

3．硅圓片規(guī)模集成封裝（WaferScaleIntegration，WSI）

WSI的基本思想是實現(xiàn)硅圓片上的系統(tǒng)（SystemonWafer）。它通過把電路按功能分類，并將其直接制作在同一硅片上，再在硅片上布線連接(必要時引出端子之后)來進行整體封裝，從而實現(xiàn)電路的極端高速化和小型化。例如將CPU、存儲器和輔助電路制作在同一硅片上的計算機等。WSI一般都要利用半導(dǎo)體工藝中的有關(guān)技術(shù)。

4．三維立體組裝（3D組裝）

3D組裝包括了封裝層次、芯片層次和硅圓片層次的三維組裝。例如芯片層次的三維組裝思想是把裸芯片一片一片疊加起來，并沿芯片的側(cè)邊緣和垂直方向進行互連，從而將以往在水平方向的組裝過程變成沿垂直方向的立體組裝，所用的多層電路板中常埋置阻容元件等。

除此之外，隨著近年如單封裝系統(tǒng)（SysteminaPackage，SiP）、芯片上系統(tǒng)（SystemonaChip，SoC）等新封裝形式的不斷出現(xiàn)，使得原有的四級封裝劃分界線已經(jīng)變得模糊，原來僅用于零級的封裝技術(shù)也已不斷地向組件級和系統(tǒng)級擴展。目前，MPT的許多具體技術(shù)已經(jīng)進入實用階段，發(fā)達國家已經(jīng)開始考慮工業(yè)化生產(chǎn)（例如，2004年東芝公司投資2000億日元在大分縣建設(shè)生產(chǎn)系統(tǒng)集成電路的工廠）。但是由于MPT直接操作裸芯片時，相關(guān)技術(shù)的復(fù)雜程度高、設(shè)備資金投入大、需要在超凈環(huán)境進行，加之裸芯片的供應(yīng)、企業(yè)的產(chǎn)品設(shè)計定位和企業(yè)效益等方面的考慮，使得MPT還遠未（甚至在今后一段時間內(nèi)也無法）取得SMT的主導(dǎo)地位，MPT技術(shù)將更多地在特定或尖端技術(shù)領(lǐng)域中被采用。此外，有些MPT技術(shù)離實用尚有一段距離。

1.3電子裝聯(lián)工藝的研究內(nèi)容

1.3.1工藝的概念

工藝是我國對工業(yè)制作技藝的總稱，該名稱是20世紀(jì)50年代由前蘇聯(lián)傳入我國的。在英美等國，一般稱為制造技術(shù)，在日本則稱為生產(chǎn)技術(shù)。這都體現(xiàn)了它與一般的設(shè)計技術(shù)、檢測技術(shù)等有所不同。工藝是指生產(chǎn)者利用生產(chǎn)工具對各種原材料、半成品進行加工或處理，最終使之成為產(chǎn)品的方法與過程。工藝的直接表現(xiàn)，一是方法，主要是產(chǎn)品加工所涉及的技術(shù)，這可以從其英文單詞“technology”中反映出來;二是過程，即產(chǎn)品加工是按照工藝要求順序進行的,這一點也在另一個英文單詞“process”中有所體現(xiàn)。因此，可以認為，只要有生產(chǎn)，就

得有工藝。

在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)條件下，產(chǎn)品的生產(chǎn)過程都是按照工藝要求來組織實施的。因此，從過程角度看，產(chǎn)品的制造過程也就是產(chǎn)品的加工工藝過程;同時，工藝也是企業(yè)指導(dǎo)、組織生產(chǎn)的技術(shù)依據(jù)，是產(chǎn)品制造的技術(shù)手段。因此,從技術(shù)角度看，產(chǎn)品的制造技術(shù)也就是工藝技術(shù)。工藝及其先進性已經(jīng)成為企業(yè)核心技術(shù)的基本要素，決定了企業(yè)生產(chǎn)的現(xiàn)代化水平。它與設(shè)計能力、員工素質(zhì)、管理水平一起構(gòu)成了企業(yè)的核心競爭力。一般而言，成功的原理性設(shè)計并不等于就能生產(chǎn)出高質(zhì)量的產(chǎn)品，甚至同樣的技術(shù)與設(shè)備在不同廠家也會有不同的產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效益。這其中，產(chǎn)品的