现代电子装联先进制造技术的发展展望(一)

现代电子装联先进制造技术的发展展望

陈正浩

中国电子科技集团公司第十研究所

摘要：本文在简要介绍先进制造技术的定义和主要内容的基础上，分析了电路设计的现状及发展态势，论述了电子装联的基本概念和电子装联技术的现状，从高密度细间距元器件、可制造性设计（DFM）、板级电路组装技术、微波组件组装焊接工艺技术、电子产品高密度小型化设计、整机级先进制造技术和微组装技术六个层面全方位叙述了现代电子装联先进制造技术的发展趋势。

关键词：先进制造技术电子装联可制造性设计板级电路组装技术微波组件微组装技术整机级先进制造技术

前言

2014年中国政府提出“中国制造-2025”，它的核心是：应用物联网、智能化等新技术提高制造业水平，将制造业向智能化转型，通过决定生产制造过程等的网络技术，实现实时管理。它“自下而上”的生产模式革命，不但节约创新技术、成本与时间，还拥有培育新市场的潜力与机会，就是以解决顾客问题为主。

在电子制造业中应该是“制造+互联网”，互联网只是实现“中国制造-2025”的一个工具。

在中国制造今后重点发展的项目中，新型电子信息技术位列其首，包含了航空装备、航天装备、船舶装备以及智能汽车等，这些重大项目无不与电子装联技术息息相关，可以说电子装联技术中的先进制造技术是决定这些项目能否成功的关键因素之一。

那么，什么是影响“中国制造-2025”成功实施的电子装联技术先进制造技术？在业界更多的人们局限于PCB/PCBA的SMT，这无疑是十分狭隘的。

本文立足于高可靠电子装备，从高密度细间距元器件、可制造性设计（DFM）、板级电路组装技术、微波组件组装焊接工艺技术、电子产品高密度小型化设计、整机级先进制造技术和微组装技术六个层面全方位叙述了现代电子装联先进制造技术的发展趋势。

一.先进制造技术基本理念

1.什么是先进制造技术？

2008年以中国工程院院士童志鹏为总编，程辉明为主编的《先进电子制造技术》（第二版）是这样定义的：“先进制造技术是当代信息技术、综合自动化技术、现代企业管理技术和制造技术的有机结合，是传统制造技术不断吸收机械、电子、信息、材料、能源和现代管理等高新技术成果，并将其优化、集成并综合应用于产品设计、制造、检测、管理、销售、使用、服务的制造全过程，

以实现优质、高效、低耗、清洁、精益、敏捷、灵活生产，并取得理想经济效益和社会效益的制造技术的总称”。

从本质上看：先进制造技术=信息技术+传统制造技术的发展+现代管理技术。

电装类的先进制造技术主要包括“电气互联技术”和“微组装技术”，并涉及“设计管理信息化技术（CAD/CAPP/CAM/PDM一体化技术）”、“绿色制造技术”、“虚拟现实技术”、“虚拟样机技术”、“异地协同设计技术”、“网络化制造技术”、“表面工程技术”和“虚拟制造技术”等。

2.传统制造技术与先进制造技术的区别

1）传统制造技术一般指专业制造工艺，是鼓励的，是刚性的；而先进制造技术是柔性的，包容了从市场需求、创新设计、工艺技术、生产过程组织和监控、市场信息反馈在内的工程体系，输入的是订单，输出的是产品。

2）传统制造技术一般以人流为主，驾驭生产过程的物流、能量流、决策流；而先进制造技术以信息流为主，驾驭生产过程的物流、能量流、决策流的全过程的系统工程。

3）传统制造技术，以学科、专业比较单一，界线分明；而先进制造技术不是任何单一学科和技术的发展和延伸，它是各学科、各专业技术交叉、融合形成的交叉学科和综合技术，是学科和专业技术的群体。

二.电气互联技术先进制造技术主要内容

1.特种基板制造技术：

包括：绝缘金属基板（IMS）；金属芯印制板；刚-挠基板；异形基板；微波特种基板等。

2.新型元器件组装和质量技术：

包括：电路可制造性设计；高密度表面组装印制电路板设计技术；高密度PCB组装工艺等。

3.板级立体组装技术：

包括：立体布局与仿真技术；立体组装工艺技术等。

4.整机三维布线技术

三.电气互联技术先进制造技术项目的含义

1.高密度组装技术

高密度包括元器件安装高密度和高密度布线。

1）元器件安装密度

印制电路板上元器件安装密度高于50个/cm2，焊点密度高于100点/cm2。

2）元器件高密度安装间距

以Chip和QFP为例：

图1Chip与其它元器件焊盘间的高密度间距设计

图2QFP与其它元器件焊盘间高密度间距设计3）布线密度

四级布线密度：2.54mm间距中布3根导线；1.27mm间距布2根导线。

五级布线密度：2.54mm间距中布4根导线；1.27mm间距布3根导线。

图3四级密度布线规则示意图

图4五级密度布线规则示意图

2.新型元器件组装技术

新型元器件有着明显的时代特证，八十年代是QFP，九十年代是BGA/CSP。

当今的新型元器件有：

1）引脚中心距小于0.4mm的BGA/CSP等；

2）英制01005和公制03015等新型微小型元件；

3）BTC器件，即：仅有底部有焊接端子的元器件，例如：盘栅阵列器件QFN；柱栅阵列器件CCGA，

LGA；仅有底部有焊接端子的片式电感线圈等。

QFN CCGA片式片式线绕电感

图5BTC元器件

因此，常规的SMT技术，例如普通FR4上的焊膏印刷、贴片和焊接已经属于常规工艺，而不属于先进制造技术。

3.FPC-SMT技术

FPC，即柔性基板；用FPC取代电缆实现模块之间的连接，并在柔性基板上进行SMT组装焊接，形成FPC-PCBA功能件，详见第十三章。

4.刚-挠基板SMT技术

刚-挠基板是指利用挠性基材并在不同区域与刚醒基材结合面而制成的电子基板。刚-挠基板的刚性部分可以安装电连接器，作为模块之间的连接，以取代电缆连接；同时也可以在刚性和挠性部分进行SMT组装，形成刚-挠基板-PCBA结构功能件，详见第十三章。

5.微波特种基板SMT技术

微波特种基板是指频率在300MHz以上的射频/微波电路基板，简称微带板。基材表面的部分导体本身就是一个具有一定功能的电路元器件。

鉴于微带板的高频特性，其表面没有既没有特定的SMD/SMC安装焊盘，没有THD/THC安装孔，也没有阻焊膜，传统的FR4基板的SMT设计及制造工艺，在微带板上基本上都不起作用。

6.高密度无ODS清洗技术

无ODS清洗技术，即无公害清洗技术，不但要求绿色环保零排放，而且要满足高密度组装的清洗要求，使PCBA清洗后的清洁度达到规定要求。

7.POP技术

PoP技术，即元器件堆叠装配（PoP，Package on Package），它的基本特征是充分利用器件的下方空间，在器件下面再放置元器件；器件的组合可自由选择，堆叠装配成本可降至最低；PoP有复杂的工艺流程和装配技术，详见第八章。

8.Post-SMT