电子装联

一、电子封装工程的概念·功能作用及分类
1、定义：
狭义的封装（packaging PKG）主要是在后工程中完成，并可定义为：利用膜技术及微细连接技术，将半导体元器件及其他构成要素在框架或基板上布置、固定及连接，引出接线端子，并通过可塑性绝缘介质灌封固定，构成整体立体结构的工艺；
广义的电子封装应该是狭义的封装与实装工程及基板技术的总和，将半导体、电子器件所具有的电子的、物理的功能。

转变为适用于机器或系统的形式，并使之为人类社会服务的科学与技术，统称为电子封装工程。

2、范围：电子封装包括薄厚膜技术、基板技术、微细连接技术、封接及封装技术等四大基础技术，由此派生出各种各样的工艺问题。

从材料上讲，电子封装要涉及到各种类型的材料，例如焊丝框架、焊剂焊料、金属超细粉、玻璃超细粉、陶瓷粉料、表面活性剂、有机粘结剂、有机溶剂、金属浆料、导电填料、感光树脂、热硬化树脂、聚酰亚胺薄膜、感光性浆料，还有导体、电阻、介质及各种功能用的薄膜厚膜材料等。

从设计、评价、解析技术讲，涉及到膜特性、电气特性、热特性、结构特性及可靠性等方面的分析、评价与检测；
3、功能：一般来说，顾客需要的并不是芯片，而是芯片和PKG构成的半导体器件，PKG的功能主要分为：芯片电气特性的保持功能、芯片保护功能、应力缓和功能、尺寸调整配合功能（间距变换）、规格通用功能；
4、分类：
■按芯片在基板（或中介板）上的装载方式（一级封装）分类：正装片和倒装片、引线键合WB方式和无引线键合方式、倒装片键合、TAB(Tape automated bond ing，自动键合带)及微机械键合之分；
■按基板类型分：有机基板和无机基板、单层（包括柔性带基）、双层、多层、复合基板等；
■按封接或封装方式分：气密性（hermetic or seal）封接和树脂封装；
■按PKG的外形、尺寸、结构分类：根据PKG接线端子的排布方式进行分类，依次出现DIP、PGA、QFP、BGA、CSP等几大类；
■按封装材料、封装器件和封装结构分类：金属封装、陶瓷封装、金属-陶瓷封装、塑料封装；
四.PCB制造工艺流程
1.PCB类型及工序：
PCB是英文(Printed Circuit Board)印制线路板的简称,通常把在绝缘材上,按预定设计,制成印制线路、印制元件或两者组合而成的导电图形称为印制电路.而在绝缘基材上提供元器件之间电气连接的导电图形,称为印制线路.这样就把印制
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电路或印制线路的成品板称为印制线路板,亦称为印制板或印制电路板.
为进一认识PCB我们有必要了解一下单、面双面印制线路板及普通多层板的制作工艺,加深对它的了解：
单面刚性印制板单:面覆铜板→下料→刷洗、干燥网→印线路抗蚀刻图形→固化检查修板→蚀刻铜→去抗蚀印料、干燥→钻网印及冲压定位孔→刷洗、干燥→网印阻焊图形(常用绿油)、UV固化网→印字符标记图形、UV固化→预热→冲孔及外形→电气开、短路测试→刷洗、干燥→预涂助焊防氧化剂(干燥)→检验包装→成品出厂.
双面刚性印制板:→双面覆铜板下料→钻基准孔→数控钻导通孔→检验、去毛刺→刷洗→化学镀(导通孔金属化)→全板电镀薄铜→检验刷洗→网印负性电路图形、固化(干膜或湿膜、曝光、显影)→检验、修板→线路图形电镀→电镀锡(抗蚀镍/金)→去印料(感光膜)→蚀刻铜→退锡→清洁刷洗→网印阻焊图形常用热固化绿油(贴感光干膜或湿膜、曝光、显影、热固化,常用感光热固化绿油)→清洗、干燥→网印标记字符图形、固化→外形加工、清洗、干燥→电气通断检测→喷锡或有机保焊膜→检验包装→成品出厂.
贯通孔金属化法制造多层板工艺流程:内层覆铜板双面开料→刷洗→钻定位孔→贴光致抗蚀干膜或涂覆光致抗蚀剂→曝光→显影→蚀刻与去膜→内层粗化、去氧化→内层检查(外层单面覆铜板线路制作、B-阶粘结片、板材粘结片检查、钻定位孔)→层压→数控制钻孔→孔检查→孔前处理与化学镀铜→全板镀薄铜→镀层检查→贴光致耐电镀干膜或涂覆光致耐电镀剂→面层底板曝光→显影、修板→线路图形电镀→电镀锡铅合金或镍/金镀→去膜与蚀刻→检查→网印阻焊图形或光致阻焊图形→印制字符图形→热风整平或有机保焊膜→数控洗外形→成品检查→包装出厂.
2.PCB表面处理工艺特点：
A.表面处理的目的：表面处理最基本的目的是保证良好的可焊性或电性能。

由于自然界的铜在空气中倾向于以氧化物的形式存在，不大可能长期保持为原铜，因此需要对铜进行其他处理。

虽然在后续的组装中，可以采用强助焊剂除去大多数铜的氧化物，但强助焊剂本身不易去除，因此业界一般不采用强助焊剂。

B.常见的五种表面处理工艺:
现在有许多PCB表面处理工艺，常见的是热风整平、有机涂覆、化学镀镍/浸金、浸银和浸锡这五种工艺，下面将逐一介绍。

○1.热风整平
热风整平又名热风焊料整平，它是在PCB表面涂覆熔融锡铅焊料并用加压缩空气整（吹）平的工艺，使其形成一层既抗铜氧化，又可提供良好的可焊性的涂覆层。

热风整平时焊料和铜在结合处形成铜锡金属间化合物。

保护铜面的焊料厚度大约有1-2mil。

PCB进行热风整平时要浸在熔融的焊料中；风刀在焊料凝固之前吹平液态的焊料；风刀能够将铜面上焊料的弯月状最小化和阻止焊料桥接。

热风整平分为垂直式和水平式两种，一般认为水平式较好，主要是水平式热风整平镀层比较均匀，可实现自动化生产。

热风整平工艺的一般流程为：微蚀→预热→涂覆助焊剂→喷锡→清洗。

○2. 有机涂覆
有机涂覆工艺不同于其他表面处理工艺，它是在铜和空气间充当阻隔层；有机涂覆工艺简单、成本低廉，这使得它能够在业界广泛使用。

早期的有机涂覆的分子是起防锈作用的和苯并三，最新的分子主要是苯并，它是化学键合氮功能团到PCB上的铜。

在后续的焊接过程中，如果铜面上只有一层的有机涂覆层是不行的，必须有很多层。

这就是为什么化学槽中通常需要添加铜液。

在涂覆第一层之后，涂覆层吸附铜；接着第二层的有机涂覆分子与铜结合，直至二十甚至上百次的有机涂覆分子集结在铜面，这样可以保证进行多次回流焊。

试验表明：最新的有机涂覆工艺能够在多次无铅焊接过程中保持良好的性能。

有机涂覆工艺的一般流程为：脱脂→微蚀→酸洗→纯水清洗→有机涂覆→清洗，过程控制相对其他表面处理工艺较为容易。

○3. 化学镀镍/浸金
化学镀镍/浸金工艺不像有机涂覆那样简单，化学镀镍/浸金好像给PCB穿上厚厚的盔甲；另外化学镀镍/浸金工艺也不像有机涂覆作为防锈阻隔层，它能够在PCB长期使用过程中有用并实现良好的电性能。

因此，化学镀镍/浸金是在铜面上包裹一层厚厚的、电性良好的镍金合金，这可以长期保护PCB；另外它也具有其它表面处理工艺所不具备的对环境的忍耐性。

镀镍的原因是由于金和铜间会相互扩散，而镍层能够阻止金和铜间的扩散；如果没有镍层，金将会在数小时内扩散到铜中去。

化学镀镍/浸金的另一个好处是镍的强度，仅仅5微米厚度的镍就可以限制高温下Z方向的膨胀。

此外化学镀镍/浸金也可以阻止铜的溶解，这将有益于无铅组装。

化学镀镍/浸金工艺的一般流程为：酸性清洁→微蚀→预浸→活化→化学镀镍→化学浸金，主要有6个化学槽，涉及到近100种化学品，因此过程控制比较困难。

○4. 浸银
浸银工艺介于有机涂覆和化学镀镍/浸金之间，工艺比较简单、快速；不像化学镀镍/浸金那样复杂，也不是给PCB穿上一层厚厚的盔甲，但是它仍然能够提供好的电性能。

银是金的小兄弟，即使暴露在热、湿和污染的环境中，银仍然能够保持良好的可焊性，但会失去光泽。

浸银不具备化学镀镍/浸金所具有的好的物理强度因为银层下面没有镍。

另外浸银有好的储存性，浸银后放几年组装也不会有大的问题。

浸银是置换反应，它几乎是亚微米级的纯银涂覆。

有时浸银过程中还包含一些有机物，主要是防止银腐蚀和消除银迁移问题；一般很难测量出来这一薄层有机物，分析表明有机体的重量少于1％。

○5. 浸锡
由于目前所有的焊料都是以锡为基础的，所以锡层能与任何类型的焊料相匹配。

从这一点来看，浸锡工艺极具有发展前景。

但是以前的PCB经浸锡工艺后出现锡须，在焊接过程中锡须和锡迁徙会带来可靠性问题，因此浸锡工艺的采用受到限制。

后来在浸锡溶液中加入了有机添加剂，可使得锡层结构呈颗粒状结构，克服了以前的问题，而且还具有好的热稳定性和可焊性。

浸锡工艺可以形成平坦的铜锡金属间化合物，这个特性使得浸锡具有和热风整平一样的好的可焊性而没有热风整平令人头痛的平坦性问题；浸锡也没有化学
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镀镍/浸金金属间的扩散问题——铜锡金属间化合物能够稳固的结合在一起。

浸锡板不可存储太久，组装时必须根据浸锡的先后顺序进行。

○6. 其他表面处理工艺
其他表面处理工艺的应用较少，下面来看应用相对较多的电镀镍金和化学镀钯工艺。

电镀镍金是PCB表面处理工艺的鼻祖，自从PCB出现它就出现，以后慢慢演化为其他方式。

它是在PCB表面导体先镀上一层镍后再镀上一层金，镀镍主要是防止金和铜间的扩散。

现在的电镀镍金有两类：镀软金（纯金，金表面看起来不亮）和镀硬金（表面平滑和硬，耐磨，含有钴等其他元素，金表面看起来较光亮）。

软金主要用于芯片封装时打金线；硬金主要用在非焊接处的电性互连。