21 世纪的先进电路组装技术 摘要： 本文概况介绍了先进 IC 封装技术最近的发展情况和 21 世纪的展望，简要叙述无源封装的兴起和封装方法，重点介绍了 先进 SMT 中的漏印、贴装和焊接技术的近期发展情况和 21 世纪 的发展方向，并对保护人类生存环境方面，信息产业领域关心的 免洗焊接技术和无铅焊进行了简要介绍。 关键词：SMT 表面组装技术，先进 IC 封装,BGA、CSP、FBGA、免 洗焊接、无铅焊料 20 世纪 90 年代是值得人们回忆的，无线通讯的兴旺、多媒 体的出现和互连网的发展，使全球范围的信息量急剧增加，要求 信息数据交换和输实现大容量化、高速化和数字化，从而促进了 电子信息设备向着高性能、高度集成和高可靠性方向迅速发展， 使电子信息产业迅速壮大和突飞猛进。支持这种发展进程和关键 技术就是先进电路组装技术的发展和推广应用。先进电路组装技 术是由先进 IC 封装和先进 SMT 相结合组成的电路组装技术。 先进 IC 封装技术近期发展和 21 世纪展望 电子元器件是电子信息设备的细胞，板级电路组装技术是制 造电子设备的基础。不同类型的电子元器件的出现总会导致板级 电路组装技术的一场革命。60 年代与集成电路兴起同时出现的 通孔插装技术（THT），随着 70 年代后半期 LSI 的蓬勃发展， 被 80 年代登场的第一代 SMT 所代替，以 QFP 为代表的周边端子 型封装已成为当今主流封装；进入 90 年代，随着 QFP 的狭间距化， 板级电路组装技术面临挑战，尽管开发了狭间距组装技术 （FPT）， 但间距 0.4mm 以下的板级电路组装仍然有许多工艺面临解决。作 为最理想的解决方案 90 年代前半期美国提出了第二代表面组装 技术的 IC 封装一面阵列型封装（BGA），其近一步的小型封装是 芯片尺寸的封装（CSP）,是在廿世纪 90 年代未成为人们的关注 的焦点，比如，组装实用化困难的 400 针以上的 QFP 封由组装容 易的端子间距为 1.0-1.5mm 的 PBGA 和 TBGA 代替，实现了这类器 件的成组再流。特别是在芯片和封装基板的连接上采用了倒装片 连接技术，使数千针的 PCBA 在超级计算机、工作站中得到应用， 叫做 FCBGA，正在开始实用化。第三代表面组装技术直接芯片板 级组装，但是由于受可靠性、成本和 KGD 等制约，仅在特殊领域 应用，IC 封装的进一步发展，99 年底初露头角的晶片封装（WLP） 面阵列凸起型 FC,到 2014 年期待成为对应半导体器件多针化和 高性能化要求的第三代表面组装封装。 IC 封装一直落后于 IC 芯片本身固有的能力。我们希望裸芯 片和封装的芯片之间的性能缝隙减小，这就促进了新的设计和新
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倒装芯片工艺挑战 SMT 组装 1 引言 20 世纪 90 年代以来，移动电话、个人数字助手(PDA)、 数码相机等消费类电子产品的体积越来越小，工作速度越 来越快，智能化程度越来越高。这些日新月异的变化为电 子封装与组装技术带来了许多挑战和机遇。材料、设备性 能与工艺控制能力的改进使越来越多的 EMS 公司可以跳过 标准的表面安装技术(SMT)直接进入先进的组装技术领域， 包括倒装芯片等。由于越来越多的产品设计需要不断减小 体积，提高工作速度，增加功能，因此可以预计，倒装芯 片技术的应用范围将不断扩大，最终会取代 SMT 当前的地 位，成为一种标准的封装技术。 多年以来，半导体封装公司与 EMS 公司一直在携手合 作，在发挥各自特长的同时又参与对方领域的技术业务， 力争使自己的技术能力更加完善和全面。在半导体工业需 求日益增加的环境下，越来越多的公司开始提供\\\"完整 的解决方案\\\"。这种趋同性是人们所期望看到的，但同 时双方都会面临一定的挑战。 例如，以倒装芯片 BGA 或系统封装模块为例，随着采 用先进技术制造而成的产品的类型由板组装方式向元件组 装方式的转变，以往似乎不太重要的诸多因素都将发挥至 关重要的作用。互连应力不同了，材料的不兼容性增加了， 工艺流程也不一样了。不论你的新产品类型是否需要倒装 芯片技术，不论你是否认为采用倒装芯片的时间合适与否， 理解倒装芯片技术所存在的诸多挑战都是十分重要的。 2 倒装芯片技术 \\\"倒装芯片技术\\\"，这一名词包括许多不同的方 法。每一种方法都有许多不同之处，且应用也有所不同。 例如，就电路板或基板类型的选择而言，无论它是有机材 料、陶瓷材料还是柔性材料，都决定着组装材料(凸点类型、 焊剂、底部填充材料等)的选择，而且在一定程度上还决定 着所需设备的选择。在目前的情况下，每个公司都必须决 定采用哪一种技术，选购哪一类工艺部件，为满足未来产 品的需要进行哪一些研究与开发，同时还需要考虑如何将 资本投资和运作成本降至最低额。 在 SMT 环境中最常用、最合适的方法是焊膏倒装芯片 组装工艺。即使如此，为了确保可制造性、可靠性并达到 成本目标也应考虑到该技术的许多变化。目前广泛采用的 倒装芯片方法主要是根据互连结构而确定的。如，柔顺凸 点技术的实现要采用镀金的导电聚合物或聚合物／弹性体
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高速 0201 组装工艺和特性化 摘要 本文论述了超小印脚、表面组装分立元件的高速组装，特别是 0201 无源元件的 组装。发展趋势说明每年贴装的无源元件的数量快速上升，而元件尺寸却在稳定 地下降。为此，急需一种特性化的组装和超小无源元件的装联工艺。为开发研制 高速 0201 组装的初始工艺特征，尤其是工艺的局限性和变量，在这项工作中对 每一工艺步骤都进行了详尽的研究。开发的工艺步骤有模板印刷、元件贴装和再 流焊接。还对工艺参数进行了研究，如象；脱膏速度、模板清理频率、基准类型 和再流参数。 绪言 显然，在过去的几年中，随着人们使用的便携式电话、寻呼机和个人辅助用品数 量的急剧上升，使得消费类电子工业火爆发展。在更小、更快、成本更低需求的 推动下，对小型化技术研究的必要性也成为无止境的需求。多数移动式电话制造 厂家现在已将 0201 无源元件用于其所有的最新设计中，而且在不远的将来，其 它工业领域也将采用这种技术。汽车制造工业的无线通讯产品也在将 0201 技术 应用于 GPS 系统、传感器和通讯设备中。医疗行业也利用 0201 尺寸小的优点， 将其应用于医疗器械中，如象；助听器和心脏起博器。许多公司将 0201 技术用 于多芯片模块（MCM）中，以降低总的封装尺寸。使用这种 MCM 器件，通过直接 用裸芯片进行封装，用于 2 级板组装上的封装体模压，使得 0201 技术距半导体 工业更近了。还需要做更多的研究来认证焊盘设计、印刷、贴装和再流工艺窗口， 以便使 0201 无源元件在全面的推广应用之前，能够实现较高的一次合格率及高 产量。 实验规划 主要采用了三套实验方案。这三套方法主要是相对于焊膏印刷、元件贴装和元件 再流。为了了解每种工艺步骤对 0201 组装工艺的影响，分别对每种组装工艺进 行了检验。对于工艺顺序，只对研究中的工艺变量进行了更改，而对其它工艺参 数没有作任何更改。 测试载体 设计的载体应能给出下列数据： 1．0201-0201 间距效果。焊盘边缘到焊盘边缘的变化取决于 4、5、6、8、10 和 12mil 这几个间距尺寸。在某些领域的应用中，芯片边缘到芯片边缘密度比 4mil 焊盘 边缘到焊盘边缘的间距还高。可将其用于确定芯片间距和焊盘间距的可接收性。 2．焊盘尺寸的作用。标称的焊盘尺寸是一个 12×13mil 的长方形焊盘，中心到 中心的间距为 22mil。标称尺寸将会有 10%、20%和 30%的变化。在整个板子上， 焊盘尺寸将随着元件到元件间距变化而变化。 3．芯片定向：在 A、B、C 和 D 单元中，对 0°和 90°的芯片方向进行研究。在 单元 E 和 F 可使你观察到 5°角对 0201 组装工艺的影响。 4．1-6 单元研究的是各种无源元件尺寸（0402、0603、0805、1206）到 0201 之 间的相互作用。用这些组件来确定 0201 元件对其它较大无源元件的大至影响， 即在印刷、贴装和再流（散热）方面的影响。本文中叙述的间距是边缘到边缘的 间距在 4、5、6、8、10 和 12mil 范围内的变化。此外，0201 焊盘尺寸在这 6 个 单元上的变化，说明了随着焊盘尺寸变化的相互作用。 图 1 所示是测试载体，其中有 6552 个 0201 元件、420 个 0402 元件、 252 个
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无铅化挑战组装和封装材料 用镂板印刷或电镀制作的晶圆凸点，显示了无铅在倒装芯片和芯 片级封装和组装领域的可行性。 无铅是 90 年代末期发自日本的信息，而今已经被欧洲联盟以严 格的法律加以响应。铅的毒性已经广为人知，人们虽然仍在争论电子 元件中的铅是否真的对人类和环境造成威胁，但人们已经更为关注废 弃的电子器件垃圾中铅的渗透并产生的污染。另外，含铅器件的再利 用过程中有毒物质的扩散也是一个关注的热点。大多数可行的替换方 案并不是类似于铅毒性的威胁，而是对环境的其它负面影响，例如， 高熔点意味的高能耗。当然，使用先进的设备和新的回流焊温度设置 在某种程度上也许有可能得到高熔点低能耗的效果。另外，如果用含 银的材料来替代铅锡焊料，会产生另一个负面的对生态环境的影响， 那就是需要大量开采和加工贵重的金属矿石。 立法规定最后期限 历经了数年的磋商和议论之后，现在有 25 个欧洲联盟成员国， 已经在执行禁止在电子器件中使用铅的法律。2006 年 7 月 1 月开始， 所有用于欧洲市场的电子产品必须是无铅的，包括信息和通讯技术设 备、消费类电子、家用电器等等。 该项法律也规定了多项例外。用于服务器、存储器、以及特种网 络设施的焊料，到 2010 前仍然可以含铅。另外，含铅量超过 85％的 焊料也不在此项规定之列。欧洲委员会还在启动一项针对更多免责的 评估，比如用于高端PC处理器的倒装芯片封装的互连中的含铅焊料。 大多数这种互连是将高度含铅的 C4 焊球。欧盟关于铅等危险物的限 制原则是尽量替换铅，只有在“技术上无法替换”时才可以使用铅。指 令的适用范围有时定义得也不太明确。例如，消费电子不可以用铅， 而汽车电子可以，那么，汽车内的收音机怎么办？目前允许汽车收音 机含铅，但是还有些类似情况仍然有待进一步裁决。 欧联的无铅法律将影响全球的电子产业，一来是由于供应链的全 球化，再者也是由于在其它国家已经开始有类似的法律。例如，中国 已经提出了禁止同样物质的类似法律，而且最后期限也设定为 2006 年 7 月 1 日。 为了实现无铅化，人们需要对倒装芯片封装、晶圆级封装、SMT 和波峰焊进行广泛的材料研究和工艺评价。我们已经着手为板上倒装 芯片和芯片级封装技术研究合适的材料和工艺。
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组装、冲压、喷漆等专业词汇 Assembly line 组装线 Layout 布置图 Conveyer 流水线物料板 Rivet table 拉钉机 Rivet gun 拉钉枪 Screw driver 起子 Electric screw driver 电动起子 Pneumatic screw driver 气动起子 worktable 工作桌 OOBA 开箱检查 fit together 组装在一起 fasten 锁紧(螺丝) fixture 夹具(治具) pallet 栈板 barcode 条码 barcode scanner 条码扫描器 fuse together 熔合 fuse machine 热熔机 repair 修理 operator 作业员 QC 品管 supervisor 课长 ME 制造工程师 MT 制造生技 cosmetic inspect 外观检查 inner parts inspect 内部检查 thumb screw 大头螺丝 lbs. inch 镑、英寸 EMI gasket 导电条 front plate 前板 rear plate 后板 chassis 基座 bezel panel 面板 power button 电源按键 reset button 重置键 Hi-pot test of SPS 高源高压测试 Voltage switch of SPS 电源电压接拉键 sheet metal parts 冲件 plastic parts 塑胶件 SOP 制造作业程序 material check list 物料检查表 work cell 工作间 trolley 台车 carton 纸箱 sub-line 支线 left fork 叉车 personnel resource department 人力资源部 production department 生产部门 planning department 企划部 QC Section 品管科 stamping factory 冲压厂 painting factory 烤漆厂 molding factory 成型厂 common equipment 常用设备 uncoiler and straightener 整平机 punching machine 冲床 robot 机械手 hydraulic machine 油压机 lathe 车床 planer |'plein|刨床 miller 铣床 grinder 磨床 driller??床 linear cutting 线切割 electrical sparkle 电火花 welder 电焊机 staker=reviting machine 铆合机 position 职务 president 董事长 general manager 总经理 special assistant manager 特助 factory director 厂长 department director 部长 deputy manager | =vice manager 副理 section supervisor 课长 deputy section supervisor =vice section superisor 副课长 group leader/supervisor 组长 line supervisor 线长 assistant manager 助理 to move, to carry, to handle 搬运 be put in storage 入库 pack packing 包装 to apply oil 擦油 to file burr 锉毛刺 final inspection 终检 to connect material 接料 to reverse material 翻料 wet station 沾湿台 Tiana 天那水 cleaning cloth 抹布 to load material 上料 to unload material 卸料 to return material/stock to 退料 scraped |'skræpid|报废 scrape ..v.刮;削 deficient purchase 来料不良 manufacture procedure 制程 deficient manufacturing procedure 制 程不良 oxidation |' ksi'dein|氧化 scratch 刮伤 dents 压痕 defective upsiding down 抽芽不良 defective to staking 铆合不良 embedded lump 镶块 feeding is not in place 送料不到位 stamping-missing 漏冲 production capacity 生产力 education and training 教育与训练 proposal improvement 提案改善 spare parts=buffer 备件 forklift 叉车 trailer=long vehicle 拖板车 compound die 合模 die locker 锁模器 pressure plate=plate pinch 压板 bolt 螺栓 name of a department 部门名称 administration/general affairs dept 总 务部 automatic screwdriver 电动启子 thickness gauge 厚薄规 gauge(or jig)治具 power wire 电源线 buzzle 蜂鸣器 defective product label 不良标签 identifying sheet list 标示单 screwdriver holder 起子插座 pedal 踩踏板 stopper 阻挡器 flow board 流水板 hydraulic handjack 油压板车 forklift 叉车 pallet 栈板 glove(s)手套 glove(s) with exposed fingers 割手套 thumb 大拇指 forefinger 食指 midfinger 中指 ring finger 无名指 little finger 小指 band-aid 创可贴 iudustrial alcohol 工业酒精 alcohol container 沾湿台 head of screwdriver 起子头 sweeper 扫把 mop 拖把 vaccum cleaner 吸尘器 rag 抹布 garbage container 灰箕 garbage can 垃圾箱 garbage bag 垃圾袋 chain 链条 jack 升降机 production line 流水线 chain 链条槽 magnetizer 加磁器 lamp holder 灯架 to mop the floor 拖地 to clean the floor 扫地 to clean a table 擦桌子 air pipe 气管 packaging tool 打包机 packaging 打包 missing part 漏件 wrong part 错件 excessive defects 过多的缺陷 critical defect 极严重缺陷 major defect 主要缺陷 minor defect 次要缺陷 not up to standard 不合规格 dimension/size is a little bigger 尺寸偏 大(小) cosmetic defect 外观不良 slipped screwhead/slippery screw head 螺丝滑头 slipped screwhead/shippery screw thread 滑手 speckle 斑点 mildewed=moldy=mouldy 发霉 rust 生锈 deformation 变形 burr(金属)flash(塑件)毛边 poor staking 铆合不良 excesssive gap 间隙过大 grease/oil stains 油污 inclusion 杂质 painting peel off 脏污 shrinking/shrinkage 缩水 mixed color 杂色 scratch 划伤 poor processing 制程不良 poor incoming part 事件不良 fold of pakaging belt 打包带折皱 painting make-up 补漆 discoloration 羿色 water spots 水渍 polishing/surface processing 表面处理 exposed metal/bare metal 金属裸露 lack of painting 烤漆不到位 safety 安全 quality 品质 delivery deadline 交货期 cost 成本 engineering 工程 die repair 模修 enterprise plan = enterprise expansion projects 企划 QC 品管 die worker 模工 production, to produce 生产 equipment 设备 to start a press 开机 stop/switch off a press 关机 classification 整理 regulation 整顿 cleanness 清扫 conservation 清洁 culture 教养 qualified products, up-to-grade products 良品 defective products, not up-to-grade products 不良品 waste 废料 board 看板 feeder 送料机 sliding rack 滑料架 defective product box 不良品箱 die change 换模 to fix a die 装模 to take apart a die 拆模 to repair a die 修模 packing material 包材 basket 蝴蝶竺
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