浅谈现代电子装联工艺技术的发展走向

浅谈现代电子装联工艺技术的发展走向

【摘要】现代芯片封装技术发展日新月异，它快速地推动了作为电子装联的主流SMT迈入了后SMT（post-SMT）时代。本文描述了现代电子装联技术的发展态势和目前已达到的技术水平，分析了促使其技术发展的驱动力。

【关键词】电子装联；SMT；发展

一、电子装联目前的发展水平

传统采用基板和电子元器件分别制作，再利用SMT技术将其组装在一起的安装方式，在实现更高性能，微型化、薄型化等方面，显得有些无能为力。电子安装正从SMT向后SMT（post-SMT）转变。通讯终端产品是加速开发3D封装及组装的主动力，例如手机已从低端（通话和收发短消息）向高端（可拍照、电视、广播、MP3、彩屏、和弦振声、蓝牙和游戏等）发展，要求体积小、重量轻、功能多。专家预测：2008年以后手机用存储器将超过PC用存储器。芯片堆叠封装（SDP），多芯片封装（MCP）和堆叠芯片尺寸封装（SCSP）等，将大量应用，装联工艺必须加快自身的技术进步，以适用其发展。为适应微型元器件组装定位的要求，新的精准定位工艺方法不断推出，例如日本松下公司针对0201的安装推出的“APC（Advanced Process Control）”系统，可以有效地减少工序中由于焊盘位置偏差和焊膏印刷位置偏差而引起的再流焊接的不良，作为继SMT技术之后（post-SMT）的下一代安装技术，将促使电子元器件、封装、安装等产业发生重大变革。驱使原来由芯片→封装→安装→再到整机的由前决定后的垂直生产链体系，转变为前后彼此制约的平行生产链体系，工艺技术路线也必将作出重大调整，以适应生产链的变革，PCB基板加工和安装相结合的技术是未来瞩目的重大发展方向。

二、高密度组装中的“微焊接”技术加速发展

高密度电子产品组装中的微焊接技术，是随着高密度面阵列封装器件（如CSP、FCOB等）在工业中的大量应用而出现的。其特点是：

★芯片级封装具有封装密度高，例如：在一片5mm×5mm的面积上集成了5000个以上的接点数；

★焊点大小愈来愈微细化，例如：间距为0.4mm的CSP其焊球的直径将小于0.15mm。在SMT组装各工序焊接缺陷大幅上升。像上述这样的凸形接合部的出现，加速了“微焊接”技术的快速发展。“微焊接”技术就意味着接合部（焊点）的微细化，密间距的焊点数急剧增加，接合的可靠性要求更高。归纳起来，“微焊接”技术正面临着下述两个基本课题：①“微焊接”工艺，由于人手不可能直接接近，基本上属于一种“无检查工艺”。为了实现上述要求的无检查工艺的目的，必须要建立确保焊点接触可靠性的保证系统（对制造系统的要求）。②由于焊点的微细化，焊接接合部自身的接续可靠性必须要确保。为此，要求有最完全的接

合，焊点内任何空洞、异物等都会成为影响接续可靠性的因素（对接合部构造的要求）。

基于上述分析，为了实现上述的要求，故必须导入“微焊接工艺设计”的思维方法。所谓“微焊接工艺设计”，就是用计算机模拟焊接接合部的可靠性设计，从而获得实际生产线的可靠性管理措施和控制项目；对生产线可能发生的不良现象进行预测，从而求得预防不良现象发生的手段，这就是进行“工艺设计”的目的。通过“工艺设计”，就预先构筑了实际的生产线和生产管理系统。这样，就可以获得高的生产效率和焊接质量。对焊接接合部的可靠性管理也就变得容易和可能了。

三、电子装联技术未来走向

以现有的电子装联工艺技术模式和工艺装备能力来说间距为0.3mm的CSPs 等芯片的应用已近极限。未来比上述元器件更小的超微级元器件及分子电路板的应用，从穿孔安装（THT）到表面安装（SMT）已流行数十年来的组装概念及其工艺技术装备（如印刷机、贴片机、各类焊接设备及检测设奋等）都将无法胜任而退出历史舞台。

随着半导体和微机械元器件尺寸小到毫微级时，基于机械组装系统和焊接技术的传统组装和连接技术，将会遇到严重的挑战。D.OPopa在2004年SME制造月刊中发表的“微型和中间规模的组装”提出了“封装差距”，若按摩尔定律继续进行的话，就会在2010年以后的十年中发生“组装危机”。因此，串行处理这些小元器件已是不再可行的。在大量组装毫微米级元器件时，己不再使用机械工具方法来精确定位元器件了。主要影响这些元器件精确定位和贴装的因素是极小分子间的相互作用力。由此可见基于机械方式的串行处理技术将会完全失效。A.Singh 等人在1999年IEEE微机械系统期刊发表的“使用倒装焊键合进行微晶的移动”一文中所提出的方法是：使用移动的方式将预先搭建整个系统的薄膜图形转移到基板上，使用“印刷”的方式可以并行地制造整个电路图形。从效果上讲与喷墨或印刷到基板的思维是相似的：首先试图在并行处理时将大量的中型级元器件放置于临时的基板上，再将它们互连后移离临时基板（作为贴装工作台的临时基板是可以反复使用的）。在液体中或喷射印刷推进的方式下，应用扩散原理可以将元器件放置于该平台上，这样可以使元器件接近其最终的位置。另一种将元器件置于其位置的方法是：美国专家Adalytix所做的，即应用微流体力学进行的一种高速初步定位的技术，由于此法具有较高的并行度，所以会达到较高的生产量。并行定位元器件的其他原理包括：静电学和磁学。总之，将元器件定位到所要求的位置及最终的对准过程是比较复杂的，而且这些过程还需要复杂的工艺技术。通过克服弱的小范围力-键合力就可以达到所希望的标准。以上过程可以在润湿性或流动性环境中形成。从上述分析中可知，未来电子装联技术工程师所要求掌握的知识结构，将向复合化方向扩展。

参考文献

[1]余国兴.现代电子装联工艺基础[M].西安电子科技大学出版社，2007.

[2]樊融融.现代电子装联工艺缺陷及典型故障100例[M].电子工业出版社，2012.