張翔

[摘要]近年來(lái)，電子組裝技術(shù)進(jìn)入了超高速發(fā)展時(shí)期，并伴隨著芯片封裝技術(shù)的發(fā)展而不斷前進(jìn)。逆序電子組裝技術(shù)、三維立體組裝技術(shù)的應(yīng)用使電子組裝技術(shù)技術(shù)向精細(xì)化、微組裝化、三維化、綠色環(huán)?；确较虬l(fā)展。

[關(guān)鍵詞]電子組裝技術(shù)；逆序電子組裝；三維立體組裝

[DOI]1013939/jcnkizgsc201550053

電子組裝技術(shù)是指將電子元器件安裝在印制電路板上的焊接技術(shù)，包括焊接方法、焊接材料、焊接設(shè)備、焊接質(zhì)量檢測(cè)等，是一種金屬加工工藝，它直接關(guān)系到電子產(chǎn)品的品質(zhì)。隨著電子技術(shù)的迅猛發(fā)展，電子產(chǎn)品已滲透到人類生活的各個(gè)領(lǐng)域。由于電子產(chǎn)品的使用范圍趨于廣泛、工作環(huán)境不斷復(fù)雜，對(duì)電子產(chǎn)品的組裝工藝要求也越來(lái)越高。一是要求布局合理，結(jié)構(gòu)緊湊，以保證對(duì)產(chǎn)品技術(shù)指標(biāo)的要求；二是要求工藝不斷革新，以適合大批量生產(chǎn)或自動(dòng)化生產(chǎn)；三是要求操作簡(jiǎn)單，方便維修；四是要求造型美觀大方。隨著電子產(chǎn)品小型化、高集成度發(fā)展趨勢(shì)，電子組裝技術(shù)的發(fā)展也是日新月異。

1電子組裝發(fā)展歷程

電子管的問(wèn)世，引領(lǐng)人類社會(huì)進(jìn)入了全新的發(fā)展階段，并由此宣告了一個(gè)新興行業(yè)的誕生，世界從此進(jìn)入了電子時(shí)代[1]。電子管在電子組裝時(shí)被安裝在電子管座上，而電子管座一般則是固定于電路板上，采用引線方式進(jìn)行器件和電子管座的連接，并要求電子組裝線路走線整齊。由于電子管工作時(shí)需要高電壓，使得電子組裝時(shí)要充分關(guān)注和考慮強(qiáng)電和信號(hào)（弱電）的走線以及生產(chǎn)中對(duì)人身安全的保障等。

半導(dǎo)體分立器件的出現(xiàn)，使電子技術(shù)獲得了飛速發(fā)展，不僅使人們的生活方式發(fā)生了改變，也使人類社會(huì)駛?cè)肓烁呖萍及l(fā)展的快車道。有了功能各異、種類繁多、低電壓工作的有源器件（半導(dǎo)體分立器件）和小型化的無(wú)源器件（電阻、電容等），我們可以將若干個(gè)有關(guān)聯(lián)的電子電路單元集成到一塊電路板上，于是單面印制板和平面布線技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，電子組裝則可以在單塊印制板上進(jìn)行，從而大大減小了電子產(chǎn)品的體積和重量。隨后出現(xiàn)的半自動(dòng)插裝技術(shù)以及浸焊裝配工藝，使電子產(chǎn)品的生產(chǎn)效率大幅提高，生產(chǎn)成本大幅降低。

半導(dǎo)體集成電路、薄膜集成電路、厚膜集成電路和混合集成電路的出現(xiàn)，普遍采用金屬、陶瓷、塑料（DIP、SOIC）封裝，使得有源器件的體積進(jìn)一步小型化，并形成了雙面印制板和初始發(fā)展的多層印制板，電子組裝技術(shù)也發(fā)展到采用全自動(dòng)插裝和波峰焊技術(shù)，電路的接線連接則變得更為簡(jiǎn)單。

大規(guī)模、超大規(guī)模集成電路的出現(xiàn)，使得集成電路的集成度越來(lái)越高。計(jì)算機(jī)里的控制核心微處理器和存儲(chǔ)器就是超大規(guī)模集成電路的最典型實(shí)例，超大規(guī)模集成電路設(shè)計(jì)，尤其是數(shù)字集成電路，通常采用電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化的方式進(jìn)行，已經(jīng)成為計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)的重要分支之一。

極大規(guī)模電路的出現(xiàn)，是通過(guò)微組裝電子工藝實(shí)現(xiàn)的，其周邊引腳采用陣列引腳，整個(gè)集成電路則采用球柵陣列密集封裝。目前，無(wú)源器件發(fā)展到表面貼裝元件（SMC），集成有源器件也有了表面貼裝器件（SMD），并不斷向著微型化的方向發(fā)展。由于表面貼裝元器件（SMC、SMD）是一種無(wú)引線或引線很短的適用于表面組裝的片式微小新型電子元器件，可通過(guò)表面組裝技術(shù)（SMT）將片式電子元器件貼裝在印制電路板表面，再通過(guò)波峰焊、再流焊等方法焊裝在基板上。其特點(diǎn)是在印制板上可以不打孔，所有的焊接點(diǎn)都處于同一平面上，并繼續(xù)向窄間距和超窄間距方向發(fā)展。

2電子組裝發(fā)展現(xiàn)狀與新技術(shù)應(yīng)用

表面組裝技術(shù)（SMT）經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展，已成為當(dāng)代電路組裝技術(shù)的主流。隨著微電子技術(shù)的不斷興起，電路中電感電容耦合、互連信號(hào)延遲、串?dāng)_噪聲以及電磁輻射等影響越來(lái)越大，電路的工作速度以及延遲時(shí)間等性能對(duì)器件之間的相互連接也提出了更高的要求，高密度封裝的IC以及其構(gòu)成的功能電路已不能滿足高性能的要求。眾所周知，電子組裝技術(shù)是伴隨著電子器件封裝技術(shù)的發(fā)展而不斷更新的，有什么樣的器件封裝，就會(huì)產(chǎn)生什么樣的組裝技術(shù)[2]。隨著封裝技術(shù)的快速發(fā)展，電子元器件日益向微小化、片式化、復(fù)合化、模塊化和基板的內(nèi)置化方向發(fā)展，極大地推動(dòng)了作為電子組裝的主流SMT邁入了后SMT（post-SMT）時(shí)代，更為先進(jìn)的組裝技術(shù)，如逆序電子組裝技術(shù)、三維立體組裝技術(shù)。

21逆序電子組裝技術(shù)

（1）逆序加成工藝。逆序加成工藝是一種新型的電子組裝技術(shù)，它完全不需要采用傳統(tǒng)的焊料互聯(lián)和基板，可大大簡(jiǎn)化電子產(chǎn)品的制造方法。整個(gè)制造過(guò)程可以在較低的溫度下進(jìn)行，避免經(jīng)歷高溫過(guò)程，與傳統(tǒng)的PCB電子制造工藝相比，逆序加成工藝更適合于高密度、高性能、高可靠性以及對(duì)環(huán)境損害要求小的電子制造[3]，并可大大節(jié)省制造成本。

（2）“Chip in Polymer”工藝?！癈hip in Polymer”工藝可以實(shí)現(xiàn)在一個(gè)板上埋入多個(gè)有源芯片的系統(tǒng)級(jí)封裝。其方法是利用傳統(tǒng)的PCB電子組裝技術(shù)將薄的芯片直接埋入每一層基板中間，芯片與芯片之間的相互連接則通過(guò)激光打孔或微孔的金屬化來(lái)實(shí)現(xiàn)。

（3）“Occam”工藝?！癘ccam”工藝也是一種倒序互聯(lián)工藝，在其工序中采用了目前常見(jiàn)的、成熟的、低風(fēng)險(xiǎn)的核心處理技術(shù)，即使用一種粘性基板，在其上布置電子元器件，使元件的焊盤或引腳向下置于基板上，并用一種塑膠材料封起來(lái)，然后將組件翻轉(zhuǎn)過(guò)來(lái)，使元件的焊盤或引腳向上，利用激光打孔制作出與元件連通的過(guò)孔，通過(guò)電鍍銅和掩膜刻蝕的方法實(shí)現(xiàn)電互聯(lián)。如果需要還可以在最上面再放置元器件，制作出第二層元器件組裝層。

逆序加成工藝、“Chip in Polymer”工藝和“Occam”工藝都給出了一個(gè)新的電子組裝思路，使整個(gè)電子制造過(guò)程始終處于低溫加工中完成，比之前的非焊接的電子產(chǎn)品（如導(dǎo)電膠）具有更高的可靠性和可行性，便于實(shí)現(xiàn)3D封裝以及其他高密度封裝，更適合現(xiàn)代電子產(chǎn)品的要求。電子組裝過(guò)程中大大減少了需要腐蝕掉銅的量，也符合現(xiàn)代綠色制造的理念，發(fā)展前景廣闊。

22三維立體組裝技術(shù)

三維立體組裝技術(shù)（即3D組裝技術(shù)）是將組裝的IC芯片疊加起來(lái)，然后利用芯片的側(cè)面邊緣和垂直方向進(jìn)行互聯(lián)，從而將水平組裝向垂直方向發(fā)展為立體組裝。三維立體組裝不僅使電子產(chǎn)品的組裝密度更高（可達(dá)200%），也使其功能更多，性能更好，可靠性更高，運(yùn)行速度更快，相對(duì)成本更低，它是目前硅芯片技術(shù)的最高水平。當(dāng)前實(shí)現(xiàn)三維立體組裝的途徑大致有三種：其一是將多芯片組件上下層雙疊互聯(lián)起來(lái)構(gòu)成為3D，此方法稱之為疊裝型3D結(jié)構(gòu)；其二是采用硅規(guī)模集成片作為基板，在其上進(jìn)行多層布線，最上層再貼裝片式元器件，此方法稱之為有源基板型3D結(jié)構(gòu)；其三是在多層基板內(nèi)或多層布線介質(zhì)中埋放電阻、電容及IC芯片等，并在基板頂端再貼裝片式元器件，此方法稱之為埋置式3D結(jié)構(gòu)。

3電子組裝技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)

31精細(xì)化

隨著01005元件（長(zhǎng)04mm，寬/厚02mm）、高密度CSP（芯片級(jí)封裝）的廣泛應(yīng)用，元器件的安裝間距將從目前的015mm向01mm發(fā)展，SMT工藝上對(duì)印制板圖形質(zhì)量、焊膏的印刷精度以及貼片精度提出了更高要求。表面組裝技術(shù)從設(shè)備到工藝都將朝著適應(yīng)精細(xì)化組裝要求的方向發(fā)展。

32微組裝化

目前，MCP（多芯片封裝）、SDP（芯片堆疊封裝）和SCSP（堆疊芯片尺寸封裝）的廣泛應(yīng)用，將迫使電子組裝技術(shù)跨進(jìn)微組裝時(shí)代[4]。元器件組成的復(fù)合化，半導(dǎo)體器件封裝的三維化和微小型化，促使板級(jí)系統(tǒng)組裝設(shè)計(jì)的高密度化，電子組裝技術(shù)必須加快其自身的技術(shù)創(chuàng)新，以適應(yīng)其微組裝發(fā)展的需要。

33電路印刷化

并行貼裝技術(shù)已到了取代串行貼裝技術(shù)的時(shí)候，通過(guò)移動(dòng)的方式將預(yù)先搭建的整個(gè)系統(tǒng)的薄膜圖形轉(zhuǎn)移到基板上，借助“印刷”的方式可以并行地生成整個(gè)電路圖形，其效果與噴墨或印刷到基板是相似的。

34產(chǎn)品綠色化

產(chǎn)品綠色生產(chǎn)是未來(lái)發(fā)展的方向和要求。從SMT生產(chǎn)的開(kāi)端就要考慮環(huán)保，通過(guò)分析SMT生產(chǎn)過(guò)程中可能出現(xiàn)的污染源以及可能造成的污染程度，選擇相應(yīng)的SMT設(shè)備以及工藝材料，并制訂相應(yīng)的工藝規(guī)范和操作規(guī)程，以適時(shí)的、合理的、科學(xué)的管理方式維護(hù)SMT生產(chǎn)線的運(yùn)行，以滿足生產(chǎn)的要求和環(huán)保的要求。為此，電子組裝新的設(shè)備應(yīng)朝著智能、高效、靈活、環(huán)保等方向發(fā)展。

隨著電路元器件封裝技術(shù)的不斷創(chuàng)新，電子組裝技術(shù)也在不斷地更新，這不但實(shí)現(xiàn)了電子產(chǎn)品的薄小與輕便，而且還提高了電子產(chǎn)品的功能與性能。通過(guò)減少電子產(chǎn)品組裝過(guò)程中焊接的元器件數(shù)目，不僅大大提高了電子產(chǎn)品的可靠性，而且大幅降低了電子組裝過(guò)程中的成本。