電子制造與組裝技術

電子制造與組裝技術機電工程學院桂林電子科技大學第一章緒論電子制造狹義：電子產(chǎn)品從硅片開始到產(chǎn)品系統(tǒng)物理實現(xiàn)的過程。電子產(chǎn)品物理實現(xiàn)過程（1）半導體制造（集成電路制造）：利用微細加工技術將各單元元器件按一定的規(guī)律制作在一塊微小的半導體上而形成半導體芯片的過程。（2）電子封裝：從電路設計的完成開始，根據(jù)電路圖，將裸芯片、陶瓷、金屬、有機物等物質(zhì)制造成芯片、元件、卡板、電路板，最終組裝成電子產(chǎn)品的整個過程。封裝技術：將一個或多個晶片有效和可靠地封裝和組裝起來。

1.電子封裝：晶片級連接，單晶片或多個晶片組件或元件

2.電子組裝：印制電路板級的封裝，整機的組裝。

電子封裝的四個功能：

1）為半導體芯片提供機械支撐和環(huán)境保護；

2）接通半導體芯片的電流通路；

3）提供信號的輸入和輸出通路；

4）提供熱通路，散逸半導體芯片產(chǎn)生的熱。三級電子封裝與組裝總成示意圖第二章電子封裝技術芯片制造1.硅片制造2.芯片制造

芯片制造的四大基本工藝：增層、光刻和刻蝕、摻雜、熱處理。反復運用這四種工藝在硅片上可制造出各種半導體器件和芯片。

1）增層

增層就是在硅片表面增加一層各種薄膜材料(如二氧化硅、金屬鋁等)，原理如圖所示：2）光刻和刻蝕

利用一系列工藝方法能在硅片表面制作出不同的圖形，原理如圖所示：

3）摻雜

在硅材料中摻入少量雜質(zhì)（如硼、砷等），使其電學性能發(fā)生改變，原理如圖所示：摻雜主要有兩種方法：擴散和離子注入。

4）熱處理

熱處理是把硅片進行簡單的加熱和冷卻，以達到特定的目的（如修復硅片缺陷等）。元器件的互連

1）引線鍵合（WB）：將半導體芯片焊區(qū)與電子封裝外殼的I/O引線或基板上技術布線焊區(qū)用金屬細絲連接起來。常用的三種技術：熱壓鍵合、超聲鍵合、熱聲鍵合。鍵合工藝：1.球形鍵合工藝；2.楔形鍵合工藝

引線鍵合2）載帶自動焊接技術（TAB）：

利用凸點通過電熱極一次將所有的引線進行鍵合，實現(xiàn)芯片與基板的互連。硅圓片凸點制作劃片內(nèi)引線鍵合測試包裝切割成單個器件測試外引線鍵合外封裝

典型工藝流程：載帶自動焊接技術3）倒裝芯片技術（FC）：芯片以凸點陣列結構與基板直接安裝互連。主要工藝步驟：

第一步凸點底部金屬化（UBM）

形成鈍化層和清潔表面

鋅酸鹽處理活化鋁表面

化學鍍鎳鍍金第二步回流形成凸點結合焊盤UBM

焊料凸點焊膏第三步倒裝芯片組裝第四步底部填充與固化填料要求：

1.填料無揮發(fā)性；2.固化溫度低；3.粘滯性低，流動性好；

4.填料絕緣電阻要高；5.抗化學腐蝕能力強。填充方式：

1.芯片焊接后填充環(huán)氧物質(zhì)中摻有陶瓷填料以提高導熱率并改善CET；需要一個阻擋裝置，以防止填充材料到處溢流。

2.芯片焊接前填充填充材料發(fā)揮焊劑與填充功能，焊接、填充與固化一步完成。底部填充的作用由于有機基板和芯片的熱膨脹系數(shù)無法保證完全匹配，導致回流焊和溫度循環(huán)時在焊球處產(chǎn)生很大的應力，嚴重時甚至可能會引起裂損現(xiàn)象，因此，倒裝芯片一般采用底部填充技術來避免這一問題。底部填充同時帶來的問題由于當前的技術無法保證所供應的芯片一定完好，使得一些有缺陷的芯片在倒裝后的測試中才被發(fā)現(xiàn)，這時就需要進行返工修復替換。修復過程

1.通過加熱或化學處理方法迅速降低底部填充劑的粘結強度；

2.用芯片拾取裝置取下壞芯片；

3.用高速刷凈設備去除樹脂殘留物；

4.對基板進行檢測；

5.更換新的芯片；

6.重新進行底部填充。FC與WB的比較：元器件的封裝一，塑料封裝和陶瓷封裝塑料封裝占支配地位，陶瓷封裝多用于重大軍事或通信系統(tǒng)中，密封性好，可靠性高。二，插裝IC的標準封裝形式

1，雙列直插式封裝（DIP）；2，針柵陣列插入式封裝（PGA）三，表面貼裝器件的標準封裝1，小外形封裝（SOP）；2，四邊扁平封裝（QFP）四，球柵陣列封裝

1，陶瓷球形柵格陣列封裝（CBGA）；2，塑料焊球陣列封裝（PBGA）

CBGA內(nèi)部結構示意圖PBGA內(nèi)部結構示意圖陶瓷基板，高熔點焊球環(huán)氧樹脂基板，低熔點焊球無源元件在不需要外加電源的條件下，就可以顯示其特性的電子元件。無源元件主要是電阻類、電感類和電容類元件，它的共同特點是在電路中無需加電源即可在有信號時工作。按電路功能分類：

1.電器類類器件；2.連接類器件主要制造技術

1.薄膜成膜技術：

1）真空蒸發(fā)；2）離子濺射

2.厚膜成膜技術：

1）印制燒結法；2）等離子噴涂第三章電子組裝技術封裝基板對常用基板材料性能要求：

1.加工性能要求：

1）尺寸穩(wěn)定性；2）電鍍性；3）孔加工性；4）翹曲，扭曲；

5）耐化學藥品行；6）粘結性；7）紫外光遮蔽性

2.安裝性能要求：

1）尺寸穩(wěn)定性；2）平整度；3）耐熱沖擊性；

4）可焊性；5）剝離強度

3.整機運行要求:1)電氣絕緣性；2）介電特性；3）基板厚度；4）耐濕熱性；

5）機械性能；6）耐霉性；7）熱傳導性；8）安全，環(huán)境特性功能：導電，絕緣和支撐分類：剛性單面板制作工藝：僅在基板一面覆有銅箔，通過有選擇性地去除不需要的銅箔部分來獲得電路圖形。剛性基板撓性基板玻璃基板單面板：基板一面覆銅箔雙面板：基板兩面覆銅箔+金屬化孔或加固孔多層印制板：多于兩層的導電圖形與絕緣材料交替粘合有粘結層無粘結層單面板雙面層多層印制板：多采用無粘合劑的層壓板LCD用玻璃基板PDP用玻璃基板常用兩種方法：

1.金屬箔刻蝕法；

2.銅箔刻蝕法。雙面PCB板制作工藝：孔的金屬化：用孔貫穿印制板

1.減成法；2.加成法制造工藝分為：

1）堵孔法；2）掩避法；3）工藝導線法；

4）圖形電鍍—刻蝕法；5）裸銅覆阻焊劑工藝撓性印制板的制造工藝玻璃基板

1.液晶顯示（LCD)用玻璃基板；2.等離子顯示器（PDP）用玻璃基板

液晶顯示原理圖PDP工作原理圖光線透過偏光板與液晶做90°扭轉，透過下方板顯白色光線通過液晶分子空隙維持原向，被下方板擋顯黑色對放電胞施加電壓，發(fā)生氣體放電，產(chǎn)生等離子體，其紫外線照射熒光體，產(chǎn)生可見光微過孔技術常用方法：

1）光致成孔；2）等離子體蝕孔；3）機械鉆孔；

4）激光鉆孔CO2激光器：只宜加工盲孔和較大通孔Nd-YAG激光器準分子激光器電子組裝技術

1.通孔組裝技術（THT）；2.表面貼裝技術（SMT）通孔組裝技術（THT）將元器件引出腳插入印制電路板相應的安裝孔，然后與印制電路板面的電路焊盤焊接固定。常用方法：1）手工插件；2）機械自動插件通孔回流焊接技術（THR)

對通孔插裝元件采用類似SMT焊膏——回流焊工藝的焊接方式工藝流程：THT技術印制焊膏插裝元件回流焊接示意圖：

焊膏印刷示意圖

通孔回流焊接示意圖波峰焊是通孔組裝技術中的核心技術。波峰焊流程：將元件插入相應的元件孔中預涂助焊劑預烘波峰焊切除多余插腳檢查助焊劑涂布方法發(fā)泡法浸漬法刷涂法噴霧法

免清洗型焊接

λ波Ｔ形波

Ω波雙波峰通孔回流焊與波峰焊相比

優(yōu)點：

1）.焊接質(zhì)量好；

2）.返修率低；

3）.工藝簡單；

4）.設備占地面少；

5）.全封閉，無異味缺點：

1）.焊膏較錫條貴；

2）.需定制專用模板；

3）.回流可能損壞不耐高溫元件表面貼裝技術（SMT）無需對印制板鉆插裝孔，直接將表面組裝元器件貼、焊到印制板表面規(guī)定位置上的裝聯(lián)技術。SMT的基本工藝流程

1.單面組裝工藝：2.單面混合組裝工藝3.雙面組裝工藝

4.雙面混合組裝與THT相比較的特點：優(yōu)點

1.組裝密度高、結構緊湊；

2.體積小、重量輕；

3.可靠性高；

4.高頻特性好；

5.成本低；

6.適于自動化生產(chǎn)缺點

1.維修工作困難；

2.易引起焊接處開裂；

3.功率密度大，散熱復雜；

4.塑封器件吸潮生產(chǎn)線構成

SMT生產(chǎn)線主要由焊膏印刷機、貼片機、再流焊接設備和檢測設備組成。SMT生產(chǎn)線的設計和設備選型要結合主要產(chǎn)品生產(chǎn)實際需要、實際條件、一定的適應性和先進性等幾方面進行考慮。印刷技術涉及：模板、焊膏和印刷機模板結構分為：１）．剛性金屬模板；２）．柔性金屬模板ａ）剛性金屬模板b）柔性金屬模板剛——柔——剛金屬模板的制造方法

1）.化學腐蝕技術

2）激光切割法——精度高、周期短化學腐蝕制板過程3）.電鑄法電鑄法制作模板過程孔壁不光滑，開口圖形不好孔壁有毛刺，仍需二次加工孔壁光滑，制作周期長三種模板制作方法的開口截圖面焊膏印刷焊膏印刷過程：印刷準備印刷動作填充脫板清潔（a）刮刀經(jīng)過模板孔（b）移開模板（c）印刷好的焊膏模板印刷焊膏示意圖焊膏可按以下性能分類：

1）.合金焊料粉的熔點；2）焊劑的活性

3）.焊膏的電鍍；

4）.清洗方式焊膏的組成：

1.合金焊料粉；

2.焊劑；

3.添加劑無活性（R）中等活（RMA）活性（RA）有機溶劑清洗水清洗半水清洗免清洗焊膏的性能參數(shù)：1.粘度；2.密度；3.熔點；4.觸變形；5.存儲性能點膠技術點膠工藝是采用貼片膠將SMC/SMD粘合在PCB表面，在加熱固化后，插裝元件，然后通過波峰焊焊接完成。貼片膠的類型：

1）.環(huán)氧型貼片膠；

2）.丙烯酸型貼片膠貼片膠涂布方法：針式轉移模板印刷壓力注射點涂法貼片技術用一定的方式將片式元件準確地貼放到PCB制定的位置上?？煞譃椋?）.手工貼片；2）貼片機貼片回流技術電子組裝向表面貼裝轉化，回流焊已逐步取代波峰焊稱為主流。

回流焊技術氣相回流焊（最有效）熱板傳導回流焊紅外回流焊（最普遍）熱風對流回流焊激光回流焊回流曲線清洗技術組裝板上污染物：

1.極性污染物（離子型污染物）；

2.非極性污染物（非離子型污染物）；

3.粒狀物清洗原理：破壞污染物與PCB之間的物理或化學鍵的結合力而分離清洗類型：

1.溶劑清洗；利用溶劑溶解力。

2.半水清洗；碳氫化合物+表面活劑。

3.水清洗；利用去離子水。

4.免清洗：采用免清洗膏或助焊劑與免清洗工藝結合焊接后不清洗。返修技術是對存在電氣、焊接等各種缺陷的不合格組裝板按特定的工藝要求進行修理，使之恢復成合格的組裝產(chǎn)品。返修過程新型組裝技術：

1.無鉛焊接技術；

2.COB、COF、COG技術；

3.封閉式印刷技術；

4.選擇性焊接技術；

5.通孔回流焊接技術發(fā)現(xiàn)故障元器件的拆卸清理焊接區(qū)域安裝并焊接新元件清洗PCB并測試第四章封裝材料主要功能：

1.為微電子器件提供機械支撐和環(huán)境保護；

2.為內(nèi)器件提供信號輸出通路或限制信號的傳遞；

3.為封裝器件提供散熱通路（熱沉）。封