微波集成组件生产工厂工艺设计规范

微波集成组件生产工厂工艺设计规范总则为规范微波集成组件生产工厂工艺设计，确保工厂的工艺设计满足微波集成组件产品的生产要求，做到技术先进、安全适用、经济合理、质量可靠性高、生产效率高、环保节能，制定本规范。本规范适用于新建、改建和扩建的微波集成组件工厂的工艺设计。微波集成组件工厂工艺设计除应执行本规范外，尚应符合国家现行有关标准的规定。术语和缩略语术语微波集成组件MicrowaveIntegratedAssembling本规范微波集成组件仅涉及混合微波集成，指将电路片、有源或无源芯片、分立元器件混合组装于薄膜、厚膜、LTCC/HTCC、印制电路等技术制作的微波电路或封装上，实现一定的功能。周（月）产量Weekly（Monthly）Capacity特定的技术、资源、人员条件下，工厂一周（月）所生产的产品数量。单班产量SingleShiftCapacity特定的技术、资源、人员条件下，工厂一天一个班（8小时）所生产的产品数量。生产周期Cycletime指产品从下线开始到最终生产出货的时间。工艺布局ProcessLayout指按照产品生产的工艺流程，将相同的机器或者生产功能设置在同一生产工作单位的布局方式，即按完成相似活动或相似职能的特征来构建部门并布局。封装Assembling本规范的封装是指用于安放和保护微波组件所需各种元器件的外壳，提供电互连、机械支撑、机械和环境保护、导热通道、电磁屏蔽等功能。局部封装PartialPackage针对组件内特定区域或元器件，采用特殊加工手段，如局部电阻加热，感应加热灯，制作封装壳体，形成局部特定封装。调试Test指生产过程中通过一系列测试、试验以及调整手段使产品符合规定的功能和指标要求。在线试验InlineMonitor指针对产品某些特定的功能和指标要求，在生产过程中进行的试验手段，保证合格产品进行下一工序。芯片ChipSi、GaAs、GaN、SiC等材料作为衬底的表面有集成电路和焊点（盘或块）的无外壳并且一般情况下无引线的电子元件。载板CarrierPlate粘接、共晶元器件和电路片的机械支撑板（一般为玻璃、金属或塑料板等）。微模块MicroModule在载板上用导电胶粘接或共晶电路片，在这些电路片上又粘接或共晶了一些封装或未封装的有源或无源元器件，芯片之间相互的连接以及芯片与电路片导带之间的连接是金丝或者金带。缩略语SiPSysteminPackage系统级封装ESDelectrostaticdischarge静电放电ESDSelectrostaticdischargesensitive静电放电敏感（的）EPAelectrostaticdischargeprotectedarea防静电工作区总体设计3.0.1应组织各专业对工厂的工艺设计开展设计评审、设计验证，保证设计输出符合总体设计大纲或总体设计指导书的要求。总体设计应审核各专业设计，并应认真贯彻国家环境保护、节约能源和安全生产的法律法规。微波集成组件工厂工艺设计应符合制造工艺流程，并应匹配工厂的预期产能，满足单班和月度产能设计要求。微波集成组件工厂工艺设计应使生产、检测、周转环节满足产品良率要求。宜控制洁净室的面积及洁净度等级，减少高级别洁净室面积；微波集成组件生产厂布局设计应根据产品生产工艺的特点，采用新工艺、新技术、新设备、新材料，并为安装工程施工、调试检修、维护管理和安全运行创造基础条件，功能区应柔性设置。生产厂各工序能力和资源配置应满足产品的生产需求，合理设置工位；物料、人流、信息流应合理简洁、流动顺畅，半自动和自动化生产应节拍匹配；厂房设计厂址选择及布局厂址选择应符合国家及地方总体规划要求，宜选择在较清洁的区域。厂址选择应考虑市政给水、动力供应、电力、通信设施完善和交通便利等因素。微波集成组件生产厂厂区规划应按工艺生产、动力辅助、仓储、办公与管理等功能区进行总平面布置。厂区人流、物流出入口宜分开设置。厂区车辆停放场地应根据工厂员工数量、构成特点、以及周边公共交通状况合理确定，并符合当地规划要求。生产厂房宜设置环形消防通道，并应满足《建筑设计防火规范》GB50016的有关规定。厂区道路路面应采用整体性能好、发尘量少的材料。厂区绿化宜采用无飞絮的灌木或草坪。建筑微波集成组件生产厂房的火灾危险性分类应为丁类，耐火等级应不低于二级。微波集成组件生产厂房应根据工艺生产特点划分防火分区，且每个防火分区面积应满足《建筑设计防火规范》（GB50016）的有关规定。微波集成组件生产厂房内设置中间仓库时，应符合下列规定：甲、乙类中间仓库应靠外墙布置，其储量不宜超过1昼夜的需要量；设置甲、乙、丙类中间仓库时，应采用防火墙和耐火极限不低于1.50h的不燃性楼板与其他部位分隔。微波集成组件生产厂房内设置丁、戊类中间仓库应采用耐火极限不低于2．00h的防火隔墙和1．00h的楼板与其他部位分隔。中间仓库的耐火等级和面积应符合《建筑设计防火规范》GB50016的相关要求。生产厂房内每个防火分区或一个防火分区内的每个楼层，其安全出口数量应经计算确定，且不应少于2个。当所在防火分区内的每层建筑面积不大于250m2，且所在防火分区内同一时间的作业人数不超过20人，可以设置1个安全出口。结构抗震设防区的微波集成组件生产工厂建筑物应按照国家标准《建筑工程抗震设防分类标准》GB50223的规定确定抗震设防类别及抗震设防标准。生产厂房变形缝不宜穿越洁净生产区。工艺布局一般要求功能区宜划分为物料准备区、清洗区、装配区、测试区、封装区、涂覆区、环境试验区、分析区、出货检验包装区。各功能区设置和布局应与微波集成组件的生产规模和流程匹配，遵循移动最小原则。各功能区面积应与生产量及材料、零部件及设备相匹配。各功能区整体布局应满足消防布局要求，保证物流、人员、消防通道。各功能区整体布局应兼顾生产工艺流程要求，满足人流、物流的合理安排，避免交叉污染。工作面积主要根据设备种类和数量、操作空间、人流、物流以及安全生产标准化要求确定。生产流程中相邻工序的工作区，布局时宜彼此相邻。生产区应配置合理的机位、操作位、周转台，半成品和材料存放应合理充分利用空间。净化区和非净化区之间应设置传递窗或专用传递走道、专用传送带等。应根据设备的运输、安装、维修的要求设置运输通道、安装口或检修口。特殊设备应分隔房间分类集中布置。生产过程中排放有毒、有害气体或者化学污染物的生产设备或生产工序，应采取防扩散措施。发热量、发尘量大的生产工序或生产设备，应采取防扩散措施。保证二次配线配管所需空间和动力设备、工艺设备的维修空间。功能区划分物料准备区应实现耗材、元器件、基片、封装等材料和文件资料的准备和齐套，位置宜临近门厅、通道、电梯。清洗区实现基片、封装、组合体、半成品的清洁，具体应符合下列要求：1清洗区应与其它区域物理隔断；2清洗区应考虑排水、排液、排风的便利性，宜靠外墙；3清洗区宜临近物料准备区。装配区应实现基片、元器件、封装按要求组装为组件，具体应符合下列要求：1装配区宜临近物料准备区和清洗区；2装配区一般包括钎焊、电装、钳装、贴片、键合、检测等工序；3手动或半自动装配线宜按照工序成组布局；4全自动装配线宜按照产品生产流程及节拍组线布局；5钎焊和电装宜与其它区域物理隔断，空间相对独立，避免气氛污染；6钎焊应靠近清洗区，方便焊后助焊剂等残渣的清洗。测试区应包括直流检测和微波调整，实现产品功能和性能满足要求，具体应符合下列要求：1测试区宜临近装配区；2手动或半自动测试线宜按照直流检测、调整、微波测试等工序成组布局；3全自动测试线宜按照测试流程及节拍组线。封装区应实现微波组件的气密性封装，具体应符合下列要求：1封装区宜靠近测试区；2封装区应与其它区域物理隔断。涂覆区应实现对电路组件的防护功能，具体应符合下列要求：1涂覆区宜靠近封装区；2涂覆区应与其它区域物理隔断。环境试验区应实现产品环境适应性检测及可靠性试验，具体应符合下列要求：1环境试验区宜包括温度、振动、老化等试验工序；2环境试验宜与其它区域物理隔断。分析区可实现产品物理性能、化学性能的定性、定量分析，宜与其他区域物理隔断。出货检验包装区应对成品作最终的外观检查并包装出货，位置宜临近门厅、通道、电梯。工艺要求厂房基本工艺条件配置物料准备区、装配区、测试区、封装区、环境试验区、分析区、出货检验包装区内应符合GB50472《电子工业洁净厂房设计规范》一级防静电工作区的规定。生产厂房防静电设计应符合GB50611-2010《电子工程防静电设计规范》和GB50073-2013《洁净厂房设计规范》的规定。EPA区域工作台、货架等宜采用间接静电接地，设备、仪器宜采用直接静电接地。生产厂房的净化级别应根据具体产品确定，有裸芯片的微波组件应在不低于8级的净化环境中装配。生产厂房的温度为23℃±3℃，湿度40%～60%。生产厂房的供电配电应满足配置设备的要求。生产所需高纯气体包括高纯氢气、氧气、氮气、氦气、氩气、压缩空气、氮氢混合气等。各类所需气体应符合以下要求：1压缩空气的压力需求应大于各生产区中工艺和设备的要求，典型值为0.6～0.7MPa，水压力露点在0.7MPa·g时低于-40℃；2高纯氮气的压力需求0.5～3MPa，气体纯度99.999%，露点低于-70℃，含氧量小于10PPM；3氦气：压力需求0.5～3MPa，气体纯度99.999%；4氧气：压力需求0.5～3MPa，气体纯度99.999%；5氩气：压力需求0.5～3MPa，气体纯度99.999%；6混配气如H2N2（5%、95%）：压力需求0.5～3MPa，气体纯度99.999%；高纯气体用气点前应设高效气体过滤器。工艺真空及吸尘真空，真空度应大于0.8Bar。设备配置设备资源配置的型号应根据产品种类和产能规划确定，设备规模应与产量相匹配。物料准备区设备配置应符合以下要求：1物料准备区宜配置操作类设备、存储类设备和检测类设备；2操作类设备应配置防静电工作台、放大镜、显微镜，宜配置编码机、真空包装机或热熔封口机等；3元器件及材料的外观复验宜采用带照明灯的放大镜，显微镜应配独立光源；芯片外观检查应配双目低倍立体光学显微镜，放大倍数宜为10-60倍；芯片细节检查应配高倍立体光学，放大倍数宜为100-1000倍；4库房分选芯片静电敏感器件区域应配置离子风机；5存储类设备应配置货架、充氮柜、干燥柜，宜配置智能存取数据终端及其物料交换机等；涉及器材、原料、工装种类多，且每天出入库种类多，宜采用自动货架；6检测类设备宜配置数字式显微镜、自动光学检查仪、激光膜厚测试仪、微波探针测试台等。清洗区设备配置应符合以下要求：1清洗区设备应满足微波集成组件生产过程中对材料、零部件、半产品的洁净度要求；2清洗区应配置湿法清洗设备，宜配置干法清洗设备；3湿法清洗应配置通风橱、清洗操作台、超声波清洗机、烘箱，宜配置气相清洗机、加热台；4干法清洗应配置等离子清洗机。装配区设备配置应符合以下要求：1装配区应配置钎焊、电装、钳装、贴片、键合、检验等工序所需的设备，通用设备为防静电工作台、显微镜，宜配置物料交换机等；2钎焊工序宜配置热台、热风或红外链式炉、钎焊炉等；3电装工序宜配置热台、自动剥线机、精密返修系统等；4钳装工序宜配置自动送料机、螺钉自动锁紧设备等；5共晶贴片工序宜配置镊子共晶机、自动摩擦共晶机、真空共晶炉、链式共晶炉等；6粘接贴片工序应配置手动点胶机或自动点胶机、烘箱或固化炉，宜配置自动贴片机，温度、时间可设定、程序控制型的高温烘箱；7键合区应配置手动键合机或自动键合机；8倒装工序宜配置倒装焊机、底部填充设备；9芯片叠层工序宜配置划片机、装片机、烘箱；10检测工序宜配置推拉力测试仪、X-射线检测仪、AOI。测试区设备配置应符合以下要求：1测试区应配置防静电工作台、直流电源、信号源、网络分析仪、频谱测试仪、噪声测试仪、高低温调试台、高低温工作箱、专用测试工装等；2测试区宜配置自动测试设备、微波探针测试台用于薄膜、微印、LTCC等微波单元的测试。封装区设备配置应符合以下要求：1封装区宜根据产品配置平行缝焊设备、激光封焊设备、储能焊机、真空钎焊炉、低温回流焊机、扩散焊机、汽相焊接机、激光刻字设备等；2封装区应配备检漏手段（粗检和细检）对有气密要求的组件进行分级检漏，宜配置的检测设备包括氦质谱检漏仪、氟油检漏仪、光学检漏仪等。涂覆区设备配置应符合以下要求：1外部涂覆宜配置自动喷涂设备、喷漆柜或带水帘的抽风柜、涂料搅拌器、清洗机、烘干机等；2内部涂覆宜配置真空气相沉积设备等。环境试验区应配置高低温箱、振动台等。分析区可宜配置光学显微镜、剪切力测试仪、PIND测试仪、X-射线检测仪、扫描电子显微镜等。出货检验包装区应根据产品特点配置相应的检验及包装设备。工艺具体要求物料准备区应符合以下工艺要求：1准备区宜分为净化和非净化两部分，净化区级别应为8级或优于8级；2准备区应保证工艺辅料、耗材和器材的恒温、干燥、氮气保护、真空等存储条件要求；3准备区应包括入库清点工作台、物料检测工作台、齐套准备工作台和封装出库工作台四类，入库清点工作台、物料检测工作台应放置在净化区，齐套准备工作台、封装出库工作台应置在非洁净区；4放置充氮柜的空间应配置设备电源接口、氮气、压缩空气接口以及防静电接地接口。放置除湿柜的空间应配置设备电源接口、压缩空气接口以及防静电接地接口；5放置自动货架的空间应配置设备电源接口、压缩空气接口；6放置真空包装塑封机的空间应配置电源接口、真空泵及电源接口或真空管道接口；7自动货架的管理系统宜嵌入微波集成组件生产厂房的信息系统中。清洗区应符合以下工艺要求：1清洗区宜分为净化和非净化两部分，净化区级别应为8级或优于8级；2微电路基片和组装前的零部件应在洁净间清洗，机加零件、钎焊接头后的腔体等零部件可在非洁净区清洗；3清洗用水槽应配备自来水、纯水，台面应并能承受一定重量和耐酸碱、耐老化，耐高温；4清洗区的排风系统应位于清洗机的上方，排风速率应大于清洗溶剂的挥发速度；5高纯水（纯水、去离子水）的用水点应靠近纯水站。根据产量和清洗物料品种设置1-2个纯水龙头水槽，1-5个喷淋槽，每个用水点用水量约：1-10m3/h6排液系统应满足：管道应防酸碱腐蚀和耐有机溶剂浸泡；超声波清洗机和超声波汽相清洗机；废液应集中处理，采用人工收集方式，存放地点；7安全防护应满足：清洗机旁应配置紧急洗眼器；危险液体和物料的储运应符合要求；8等离子清洗机用氩气、氧气、氮气的压力应大于4公斤。推荐采用管道气体，也可用气瓶提供氩气和氧气，气体纯度应优于99.9%。装配区工艺设计应符合下列要求：1装配区宜分为净化和非净化两部分，净化区级别宜为7级；2钎焊和电装工序宜放在非净化区域，其余工序应放在净化区域；3在工作区整体照明系统的基础上，使用显微镜的粘接、共晶工位应有可调整照明方向和亮度的近自然光照明；4点胶设备应配备压缩空气；5手动、半自动自动共晶机宜使用高纯氮气，用氮氢混合气应设置工艺排风系统；6精密链式炉宜使用高纯氮气，排风口风量应满足设备的具体要求；7真空共晶机宜使用高纯氮气，使用甲酸、氮氢混合气应有尾气处理装置。测试区工艺设计应符合下列要求：1测试区宜分为净化和非净化两部分，净化区级别宜为7级；2有裸管芯的微波组件测试、调试应在净化区域进行；3调整区宜在微波测试调试区中设定相对独立的区域，若调试区无单独指标调整工位，宜在组装区明确相应的粘接、电装、键合工位；4如需开展裸芯片组装前的筛选测试，可在试验区搭建芯片探针台进行芯片的测试。微波探针测试台，也适用于薄膜、微印、LTCC等微波单元的测试；5应根据高低温工作时箱内外通孔直径和产品RF电缆数量决定所需高低温箱的数量；6T/R组件、前端组件、变频组件等微波组件需测试电压驻波比、插入损耗和功率增益、隔离度、开关速度、噪声系数等指标。具体配置见附录C微波集成调试生产线产品指标测试所需仪器配置。封装区工艺设计应符合下列要求：1封装区宜分为净化和非净化两部分，净化区级别宜为7级；2激光密封焊除进料口外，可置于非净化区域；3充氮密封设备（激光焊接、平行封焊等）宜考虑配置氮气净化系统；4管道氮气入手套箱的纯度应优于99.999%，水汽含量宜低于50PPm。涂敷区工艺设计应符合下列要求：1涂敷区的环境应在20-25度，不应超过涂料允许的施工温度范围；2施工环境应有良好的通风、送风设施、操作间空气能够净化有害气体，有害气体应控制在规定的范围内；3喷漆柜（或带水帘的抽风柜）风速应达到0.6m/s-0.8m/s；4烘干设备应带排烟装置、具自动控温功能的干燥箱或隧道炉、暖房（烘房）；5喷枪和喷嘴应与加工件和漆种匹配。环境试验区工艺设计应符合下列要求：1环境试验区洁净级别宜为8级；2微波集成组件生产工厂应有基本在线环境试验和检测、分析设备和仪器；3振动试验应单独形成一个区域，并远离其它生产区域，避免影响其它仪器设备的使用；4环境抽样试验可使用专用的测试台或测试工作站。分析区洁净级别宜为8级。公用工程通风、空调与净化应按照工艺设备排风污染物性质设置独立的工艺排风系统。工艺排风系统应设置有效处理设施，其污染物排放应低于国家及地方的环保排放限值。应根据工艺生产要求划分空气调节与空气净化系统。洁净区与周围环境应按照生产工艺要求，宜保持5Pa相对正压值。冷热源设备台数和单台容量应根据全年冷热负荷工况合理选择，并保证设备在高、低负荷工况下均能安全运行。在需要同时供冷和供热的工况下，宜选用热回收冷水机组供冷同时回收余热。冬季或过渡季节室外温度较低的地区，在温度满足使用要求时，可利用冷却塔作为冷源。给排水给、排水系统应满足生产、生活、消防以及环保等要求，并应根据水质、水压、水温的要求分别设置。在存储及使用化学品且同时存在化学品泄漏风险的区域，应设置紧急淋浴器和洗眼器。纯水系统设计应根据生产工艺要求，确定纯水制备系统规模和纯水水质。微波集成组件生产过程中需使用纯水作为清洗用水，纯水制备系统需根据生产工艺的要求合理制定制备系统规模和水质。生产废水处理系统应根据废水污染因子种类、水量、当地废水排放要求等设置分类收集、处理的废水处理系统。废水处理应遵循节水优先、分质处理、优先回用的原则。腐蚀性废水有压管道在穿越人员密集区域时应采用双层管道。生产废水系统应设置调节池，连续处理系统的调节池容积不宜小于4小时排放量，间歇处理系统的调节池容积不应小于1个处理周期的排放量。工艺冷却循环水系统的水质应符合工艺要求，管道及阀门配件应根据水质、水温及水压确定。微波集成组件生产厂房消火栓系统设计应满足《消防给水及消火栓系统技术规范》GB50974要求。《消防给水及消火栓系统技术规范》对不同火灾危险分类和建筑高度的场所消火栓设计作出明确规定，设计过程中应根据微波集成组件生产厂房的具体特点，严格执行《消防给水及消火栓系统技术规范》的规定。微波集成组件生产厂房洁净室及其吊顶或技术夹层内均应设置自动喷水灭火系统，设计参数宜符合表7.2.6的规定。表7.2.6自动喷水灭火系统设计参数表设置场所喷水强度（L/min.m2）作用面积（m2）单个喷头的最大保护面积（m2）作用时间min微波集成组件生产厂房8.01601360微波集成组件生产厂房各场所应配置灭火器，并应符合现行国家标准《建筑灭火器配置设计规范》GB50140的有关规定。洁净区内宜选用对工艺设备和洁净区环境不产生污染和腐蚀作用的灭火剂。洁净区内通道宜设置推车式二氧化碳灭火器。气体空压站宜布置在生产厂房内的房间或生产厂房外的综合动力站内。风冷式空气压缩机及风冷式干燥装置应设置热排风管道。压缩空气管道内输送露点低于-40℃时，宜采用内壁抛光的不锈钢管，阀门宜采用球阀。管道阀门、附件的材质宜与相连接的管道材质一致。大宗气体供应系统宜根据用量及社会供应状况在工厂内设置外购液态气储罐或瓶装气体供气。大宗气体纯化装置