电子组装技术的发展与现状
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摘要：随着电子产品小型化、高集成度的发展趋势, 电子产品的封装技术正逐
步迈入微电子封装时代。从SMT 设备、元器件和工艺材料等几个方面浅谈电子组装技术的发展趋势。
关键词：电子组装技术、逆序电子组装、SMT、表面组装
一.电子组装技术的产生及国内外发展情况
电子管的问世，宣告了一个新兴行业的诞生，它引领人类进入了全新的发展阶段，电子技术的快速发展由此展开，世界从此进入了电子时代。开始，电子管在应用中安装在电子管座上，而电子管座安装在金属底板上，组装时采用分立引线进行器件和电子管座的连接，通过对各连接线的扎线和配线，保证整体走线整齐。其中，电子管的高电压工作要求，使得我们对强电和信号的走线，以及生产中对人身安全等给予了更多关注和考虑。
国内封装产业随半导体市场规模快速增长，与此同时，IC设计、芯片制造和封装测试三业的格局也正不断优化，形成了三业并举、协调发展的格局。作为半导体产业的重要部分，封装产业及技术在近年来稳定而高速地发展，特别是随着国内本土封装企业的快速成长和国外半导体公司向国内转移封装测试业务，其重要性有增无减，仍是IC产业强项。
境外半导体制造商以及封装代工业纷纷将其封装产能转移至中国，近年来，飞思卡尔、英特尔、意法半导体、英飞凌、瑞萨、东芝、三星、日月光、快捷、国家半导体等众多国际大型半导体企业在上海、无锡、苏州、深圳、成都、西安等地建立封测基地，全球前20大半导体厂商中已有14家在中国建立了封测企业，长三角、珠三角地区仍然是封测业者最看好的地区，拉动了封装产业规模的迅速扩大。
二.电子封装的分类
一般来说微电子封装可以分为几个层次: 零级封装、一级封装、二级封装和三级封装( 如图1 所示) 。零级封装指芯片级的连接; 一级封装指单芯片或多芯片组件或元件的封装; 二级封装指印制电路板级的封装; 三级封装指整机的组装。一般将0 级芯片级和1级元器件级封装形式称为“封装技术”, 而将2 级印制板级和3 级整机级封装形式称为“组装技术”。
三.逆序电子组装技术
Fraunhofer IZM 和TU Berlin一起研发出一种先进的封装技术，应用于埋入式有
源芯片的系统级封装。这种工艺被称为“Chip in Polym er”工艺。Chip in Polymer
工艺可以实现在一个板上集成多个器件的系统级封装组装。其方法是利用传统的PCB 技术将薄的芯片直接埋入到每一层基板中间，而芯片与芯片之间的电互连是通过激光打孔和微孔的金属化来完成的。另一种工艺是Joe F jelstad提出Occam 工艺。该工艺使用的是一种粘性基板，在其上布置电子元器件，且使元件的引脚或者焊盘面朝下置于基板上，并用一种塑胶材料封起来。然后将组件翻转过来，元件的引脚或者焊盘朝上，用激光打孔制作出与元件引脚接触的过孔。在接触点通过化学镀的方法制作出电镀铜的母层。然后在这些过孔上电镀铜。再在上面生成阻挡层图形样式，通过刻蚀形成线路图形。还可以在最上面再放置元器件，制作出第二层元器件组装层。还有一种是我们提出的逆序加成工艺, 该工艺也是将整过电子装联或集成电路封装放在一个低温的过程中，不使用传统的焊料和基板, 而且在线路的形成中更符合加成的思想, 大大地节约了成本和增加了封装的密度。
奥克姆工艺也是一种倒序互连工艺, 在其工序中采用了许多成熟的、低风险的、常见的核心处理技术。该工艺使用的是一种粘性基板, 其上布置电子元器件, 且使元件的引脚或者焊盘面朝下置于基板上, 并用一种塑胶材料封起来。然后将组件翻转过来, 元件的引脚或者焊盘朝上, 用激光打孔制作出与元件接触的过孔, 通过电镀铜与掩模刻蚀的方法实现互连。
逆序加成电子组装技术是一种新型的电子组装技术, 它引入了一种“绿色制造”的概念, 采用逆序的加成工艺, 完全不采用传统的焊料互连, 可大大简化电子产品的制造方法。在整个制造过程可以在较低的温度下进行, 避免经历高温过程。相比较而言, 逆序加成工艺更符合加成的特点,之前的无论是奥克姆工艺还是“ Chip in Polymer”工艺都是在镀一层厚铜以后用传统的减层工艺将不需要的铜腐蚀掉, 而此工艺创造性地采用先薄铜后厚铜的方法, 大大减少了需要腐
蚀掉的铜的量, 更加贴切加成的概念, 也符合绿色制造的思想, 目前该方法已
经完成理论原型的制作, 并对特定温度下的热应力匹配进行了有限元模拟。
无论是“Chip in Polymer”工艺, 奥克姆工艺还是逆序加成工艺, 它们都给出了一个新的思路, 就是把整个电子制造的过程在一个低温加工的过程中完成, 这可以使电子制造的中不再使用焊接, 这样就使产品根本上符合RoHS 的要求, 并且使产品具有更高的可靠性和便于实现3D封装以及其它的高密度封装,
更适合现代电子产品的要求, 因而具有发展前景。
四. 表面组装工艺
SMT自20世纪60年代问世以来, 经过40余年的发展, 已不仅成为当代电路组装技术的主流,而且正在继续向纵深发展。就封装器件组装工艺来说, SMT的发展已经接近极限(二维封装), 因而应在此基础上积极开展多芯片模块和三维组装
技术的研究。表面组装技术是当今高密度引脚数组件的新领域。尽管这显示出实际的设计与制造的优越性, 但是它的能力却远未完全被认识。通过减小引脚间距, 表面组件可以大大地缩小其尺寸。由于将单个管芯或多个管芯的芯片直接贴装在基板上, 可以进一步减小印刷电路板的面积。这就是所谓的板上芯片技术。用COB 技术封装的裸芯片的主体和I/O (输入/输出) 端子(焊区) 在晶体上方, 焊区周边分布在芯片的四边。焊接时, 先将裸芯片用导电/导热胶粘在PCB上, 凝固后, 用线焊机将金属丝(Al或Au) 在超声、热压的作用下, 分别连接在芯片上的I/O
端子焊区和PCB相对应的焊盘上, 测试合格后再封上树脂胶。COB技术具有价格低廉、节约空间和工艺成熟等优点。
