微组装及多芯片组装技术及其现状

微组装及多芯片组装技术及其现状

发表时间：2018-09-18T18:56:45.437Z 来源：《基层建设》2018年第23期作者：孙龙飞

[导读] 摘要：高科技产品对电子元件有着越来越严格的要求，微组装和多芯片组装技术的发展和应用，可以满足可靠性和小型化，以及高密度等的要求。

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摘要：高科技产品对电子元件有着越来越严格的要求，微组装和多芯片组装技术的发展和应用，可以满足可靠性和小型化，以及高密度等的要求。虽然国内在这方面的研究相对较晚，但发展速度还是很快的。

关键词：微组装；多芯片组装；技术；现状

1前言

微波多芯片组件（MMCM）技术是在混合微波集成电路（HNIC）基础上发展起来的新一代微波封装与互联技术，它是将多个MMIC/ASIC芯片和其它元器件高密度组装在三维微波多层电路互联基板上，形成高密度、高可靠和多功能的电路组件。这有利于实现组件高性能化，以及实现电子组装的高密度、小型化和轻量化。本文重点进行了毫米波T/R组件微组装工艺技术研究。

2国内外发展现状

电子组装技术的发展可划分为五代：20世纪50年代，连接导线固定接在有端子的电路基板上的安装方式；60年代，插装元器件的引脚插入电路板的通孔中的安装方式，再进行锡焊接；70年代，安装方式是全自动插装和焊接元器件；80年代，安装方式是自动贴装的表面组装技术；80年代到目前，微组装技术时代。目前我国微组装及多芯片组装技术正处于发展阶段，与西方国家存在着较大差距，即使与亚洲四小龙相比也处于落后状态。但过去20多年期间我国微电子工业的飞速发展已为微组装及多芯片组装、3D封装奠定了基础。例如，混合电路、微组装电路都已具有一定规模；逐渐建立了许多生产能力较强的生产线；生产设备得到了较大的改善，设备也由手动、半自动向全自动进步。许多从事分立器件生产、研制的厂所正在向组件化、模块化、系统化过度；微组装技术发展的软环境也趋于完善。到目前为止，微组装技术在军事乃至整个国民经济及社会生活中的作用更加突出。我国在微组装技术研究起步较晚，仍有漫长的路要走。作为微电子技术的一部分，微组装技术只有不断向国际先进水平靠拢，才能使我国微电子的整体水平进入先进行列。

3一体化焊接技术研究

T/R组件的电路中为了消除一些不必要的接头，使组件的体积小、重量轻，又具有高的可靠性。通常采用大面积接地这种结构来解决组件中发射/接受通道、环行器等的固定，通过微带线完成它们之间的互联，从而构成一个T/R组件电路。许多因素会对T/R组件的微波性能、可靠性、稳定性造成影响，其中一个工艺指标就是接地情况的好坏。之前采用的方法是螺钉压紧基板，螺钉压紧电路基板是点连接，这样就造成连接有间隙，导致了功能块间的串扰、插损增大，螺钉压紧基板会带来附加电容与震荡。之前使用的螺钉紧固压紧的方法与设计之初设计微波性能有很大差距，也无法满足当前小型化、轻量化的需求，点接触带来的不确定的电容和震荡使得后期调试量和难度大大增加，从而影响了产品的稳定性。使用焊接的方式改变以往螺钉压紧，在20世纪80年末国外一些工艺师就在电路组装中开始尝试，改点接触为面接触。本章将基于试验件的实际出发，开发出合理的焊接工装，工装既能满足较好的导热性又能在焊接过程对试验件有一定力的作用；基于真空共晶炉，初定焊接温度曲线，实测温度曲线，并最终取得合适的温度曲线；借助显微镜、X光机检测其空洞率，从而降低产品的不合格率。

4 芯片焊接与粘接技术研究

通常称频率在1GHz以上的电路为微波电路，芯片接地的情况直接影响电路串扰和插入损耗是否会变大，而且存在的间隙也会造成附加的电容和引起震荡。T/R组件中发射通路中使用的裸芯片的基体材料一般是砷化镓，它的导热性差，所以选用合金焊料焊接芯片最为合适。焊透率直接反映了接地效果和散热能力，是整个技术的重要指标。芯片固定到LTCC基板一般都采用环氧有机粘接剂粘接的工艺，粘接层具有牢固、传导或绝缘的特性，同时粘接层还具有机械支撑和电连接的作用。T/R组件功率芯片与基体的连接通常采用焊接方式。

一般而言，芯片连接有两种方法，除了焊接法就是粘接法。粘接法就是用环氧胶把芯片粘到焊盘上，以达到互联的目的。有时候，也会根据设计需求，利用含金属颗粒（Au或Ag）的树脂粘合剂使之形成电/热的良好导体。由于环氧树脂属于稳定的线性聚合物，所以，大多数的树脂粘合剂采用环氧树脂作为主体材料。与此同时，固化的条件由固化剂类型决定，金属的百分比决定导电/导热性能。在电子行业中，应用最广泛的芯片粘接是掺银环氧粘接。因为，其固化所需温度较低，在很大程度上可以避免较大的热应力，但仍存在银迁移的缺点。应对中小功率晶体管的芯片粘接，掺金导电胶要优于掺银导电胶。而粘接剂除了掺杂的金属外，还有非导电性填料，通常包括氧化铍、氧化铝和氧化镁，其可以改善粘接剂的热导率。

5 键合与包带技术研究

WireBonding（丝焊、压焊，也称为绑定、键合、丝焊）是使用金属丝（金线、铝线、铜线等），利用热压或超声能源，完成微电子器件中固态电路内部互连线的连接，即芯片与芯片、芯片与外围电路引线的连接。设备施加压力、机械振动、电能或者热能等能量给焊丝与焊接点接触的地方，这样使二者连接到一起，这种连接方式称之为键合。键合的作用是使连界面处原子相互扩散从而使结合的原子具有结合力的距离，键合点的金属并不像合金焊料那样会发生熔化扩散。丝材键合一般应用于微电子中裸芯片焊盘与外围电路或芯片等的互联。键合的过程中设备会对键合丝施加压力、热量和超声波振动，键合丝在键合后会发生塑性变形。激光封焊时，通过激光器发出能量照射到需焊接的盖板与壳体上，使二者熔融连接在一起，这种焊接一般称之为熔化焊接。还有一种焊接是钎料焊接，就像前两章讲的一体化焊接与芯片焊接，被焊接的材料不发生熔化，填充在中间的焊料润湿，冷却后连在一起。而键合是不同于以上两种连接方式的另一种连接方式，键合母材既不熔化也无需填充焊料。引线键合技术分为热压焊、超声热压焊和金丝球焊三种技术。

6 激光封焊技术研究

T/R组件多采用裸芯片直接进行装配，组件内部气氛环境对裸芯片的长期可靠性有着显著的影响。随着微波多芯片组件小型化要求越来越高，盒体体积小、结构精密、强度高、热影响区窄，使得传统方法难以满足要求：（1）低熔点焊料钎焊方法容易产生溢出焊料，存在多余物的隐患；（2）环氧树脂粘接仅限于高漏率的一般场合中，长期可靠性难以满足要求，且粘接材料自身在产品服役过程中也存在着释放对裸芯片有害气体的潜在隐患；（3）平行缝焊盖板要求高及盖板材料单一，可返修性差，难普遍使用。为了解决轻小型微波组件气密性封焊需求，激光焊接技术以其独特的优势得到了越来越广泛的应用。激光焊接是采用具有高能量密度的激光束作为热源，通过高能激光束