电子制造与组装技术

电子制造与组装技术机电工程学院桂林电子科技大学第一章绪论电子制造狭义：电子产品从硅片开始到产品系统物理实现的过程。电子产品物理实现过程（1）半导体制造（集成电路制造）：利用微细加工技术将各单元元器件按一定的规律制作在一块微小的半导体上而形成半导体芯片的过程。（2）电子封装：从电路设计的完成开始，根据电路图，将裸芯片、陶瓷、金属、有机物等物质制造成芯片、元件、卡板、电路板，最终组装成电子产品的整个过程。封装技术：将一个或多个晶片有效和可靠地封装和组装起来。

1.电子封装：晶片级连接，单晶片或多个晶片组件或元件

2.电子组装：印制电路板级的封装，整机的组装。

电子封装的四个功能：

1）为半导体芯片提供机械支撑和环境保护；

2）接通半导体芯片的电流通路；

3）提供信号的输入和输出通路；

4）提供热通路，散逸半导体芯片产生的热。三级电子封装与组装总成示意图第二章电子封装技术芯片制造1.硅片制造2.芯片制造

芯片制造的四大基本工艺：增层、光刻和刻蚀、掺杂、热处理。反复运用这四种工艺在硅片上可制造出各种半导体器件和芯片。

1）增层

增层就是在硅片表面增加一层各种薄膜材料(如二氧化硅、金属铝等)，原理如图所示：2）光刻和刻蚀

利用一系列工艺方法能在硅片表面制作出不同的图形，原理如图所示：

3）掺杂

在硅材料中掺入少量杂质（如硼、砷等），使其电学性能发生改变，原理如图所示：掺杂主要有两种方法：扩散和离子注入。

4）热处理

热处理是把硅片进行简单的加热和冷却，以达到特定的目的（如修复硅片缺陷等）。元器件的互连

1）引线键合（WB）：将半导体芯片焊区与电子封装外壳的I/O引线或基板上技术布线焊区用金属细丝连接起来。常用的三种技术：热压键合、超声键合、热声键合。键合工艺：1.球形键合工艺；2.楔形键合工艺

引线键合2）载带自动焊接技术（TAB）：

利用凸点通过电热极一次将所有的引线进行键合，实现芯片与基板的互连。硅圆片凸点制作划片内引线键合测试包装切割成单个器件测试外引线键合外封装

典型工艺流程：载带自动焊接技术3）倒装芯片技术（FC）：芯片以凸点阵列结构与基板直接安装互连。主要工艺步骤：

第一步凸点底部金属化（UBM）

形成钝化层和清洁表面

锌酸盐处理活化铝表面

化学镀镍镀金第二步回流形成凸点结合焊盘UBM

焊料凸点焊膏第三步倒装芯片组装第四步底部填充与固化填料要求：

1.填料无挥发性；2.固化温度低；3.粘滞性低，流动性好；

4.填料绝缘电阻要高；5.抗化学腐蚀能力强。填充方式：

1.芯片焊接后填充环氧物质中掺有陶瓷填料以提高导热率并改善CET；需要一个阻挡装置，以防止填充材料到处溢流。

2.芯片焊接前填充填充材料发挥焊剂与填充功能，焊接、填充与固化一步完成。底部填充的作用由于有机基板和芯片的热膨胀系数无法保证完全匹配，导致回流焊和温度循环时在焊球处产生很大的应力，严重时甚至可能会引起裂损现象，因此，倒装芯片一般采用底部填充技术来避免这一问题。底部填充同时带来的问题由于当前的技术无法保证所供应的芯片一定完好，使得一些有缺陷的芯片在倒装后的测试中才被发现，这时就需要进行返工修复替换。修复过程

1.通过加热或化学处理方法迅速降低底部填充剂的粘结强度；

2.用芯片拾取装置取下坏芯片；

3.用高速刷净设备去除树脂残留物；

4.对基板进行检测；

5.更换新的芯片；

6.重新进行底部填充。FC与WB的比较：元器件的封装一，塑料封装和陶瓷封装塑料封装占支配地位，陶瓷封装多用于重大军事或通信系统中，密封性好，可靠性高。二，插装IC的标准封装形式

1，双列直插式封装（DIP）；2，针栅阵列插入式封装（PGA）三，表面贴装器件的标准封装1，小外形封装（SOP）；2，四边扁平封装（QFP）四，球栅阵列封装

1，陶瓷球形栅格阵列封装（CBGA）；2，塑料焊球阵列封装（PBGA）

CBGA内部结构示意图PBGA内部结构示意图陶瓷基板，高熔点焊球环氧树脂基板，低熔点焊球无源元件在不需要外加电源的条件下，就可以显示其特性的电子元件。无源元件主要是电阻类、电感类和电容类元件，它的共同特点是在电路中无需加电源即可在有信号时工作。按电路功能分类：

1.电器类类器件；2.连接类器件主要制造技术

1.薄膜成膜技术：

1）真空蒸发；2）离子溅射

2.厚膜成膜技术：

1）印制烧结法；2）等离子喷涂第三章电子组装技术封装基板对常用基板材料性能要求：

1.加工性能要求：

1）尺寸稳定性；2）电镀性；3）孔加工性；4）翘曲，扭曲；

5）耐化学药品行；6）粘结性；7）紫外光遮蔽性

2.安装性能要求：

1）尺寸稳定性；2）平整度；3）耐热冲击性；

4）可焊性；5）剥离强度

3.整机运行要求:1)电气绝缘性；2）介电特性；3）基板厚度；4）耐湿热性；

5）机械性能；6）耐霉性；7）热传导性；8）安全，环境特性功能：导电，绝缘和支撑分类：刚性单面板制作工艺：仅在基板一面覆有铜箔，通过有选择性地去除不需要的铜箔部分来获得电路图形。刚性基板挠性基板玻璃基板单面板：基板一面覆铜箔双面板：基板两面覆铜箔+金属化孔或加固孔多层印制板：多于两层的导电图形与绝缘材料交替粘合有粘结层无粘结层单面板双面层多层印制板：多采用无粘合剂的层压板LCD用玻璃基板PDP用玻璃基板常用两种方法：

1.金属箔刻蚀法；

2.铜箔刻蚀法。双面PCB板制作工艺：孔的金属化：用孔贯穿印制板

1.减成法；2.加成法制造工艺分为：

1）堵孔法；2）掩避法；3）工艺导线法；

4）图形电镀—刻蚀法；5）裸铜覆阻焊剂工艺挠性印制板的制造工艺玻璃基板

1.液晶显示（LCD)用玻璃基板；2.等离子显示器（PDP）用玻璃基板

液晶显示原理图PDP工作原理图光线透过偏光板与液晶做90°扭转，透过下方板显白色光线通过液晶分子空隙维持原向，被下方板挡显黑色对放电胞施加电压，发生气体放电，产生等离子体，其紫外线照射荧光体，产生可见光微过孔技术常用方法：

1）光致成孔；2）等离子体蚀孔；3）机械钻孔；

4）激光钻孔CO2激光器：只宜加工盲孔和较大通孔Nd-YAG激光器准分子激光器电子组装技术

1.通孔组装技术（THT）；2.表面贴装技术（SMT）通孔组装技术（THT）将元器件引出脚插入印制电路板相应的安装孔，然后与印制电路板面的电路焊盘焊接固定。常用方法：1）手工插件；2）机械自动插件通孔回流焊接技术（THR)

对通孔插装元件采用类似SMT焊膏——回流焊工艺的焊接方式工艺流程：THT技术印制焊膏插装元件回流焊接示意图：

焊膏印刷示意图

通孔回流焊接示意图波峰焊是通孔组装技术中的核心技术。波峰焊流程：将元件插入相应的元件孔中预涂助焊剂预烘波峰焊切除多余插脚检查助焊剂涂布方法发泡法浸渍法刷涂法喷雾法

免清洗型焊接

λ波Ｔ形波

Ω波双波峰通孔回流焊与波峰焊相比

优点：

1）.焊接质量好；

2）.返修率低；

3）.工艺简单；

4）.设备占地面少；

5）.全封闭，无异味缺点：

1）.焊膏较锡条贵；

2）.需定制专用模板；

3）.回流可能损坏不耐高温元件表面贴装技术（SMT）无需对印制板钻插装孔，直接将表面组装元器件贴、焊到印制板表面规定位置上的装联技术。SMT的基本工艺流程

1.单面组装工艺：2.单面混合组装工艺3.双面组装工艺

4.双面混合组装与THT相比较的特点：优点

1.组装密度高、结构紧凑；

2.体积小、重量轻；

3.可靠性高；

4.高频特性好；

5.成本低；

6.适于自动化生产缺点

1.维修工作困难；

2.易引起焊接处开裂；

3.功率密度大，散热复杂；

4.塑封器件吸潮生产线构成

SMT生产线主要由焊膏印刷机、贴片机、再流焊接设备和检测设备组成。SMT生产线的设计和设备选型要结合主要产品生产实际需要、实际条件、一定的适应性和先进性等几方面进行考虑。印刷技术涉及：模板、焊膏和印刷机模板结构分为：１）．刚性金属模板；２）．柔性金属模板ａ）刚性金属模板b）柔性金属模板刚——柔——刚金属模板的制造方法

1）.化学腐蚀技术

2）激光切割法——精度高、周期短化学腐蚀制板过程3）.电铸法电铸法制作模板过程孔壁不光滑，开口图形不好孔壁有毛刺，仍需二次加工孔壁光滑，制作周期长三种模板制作方法的开口截图面焊膏印刷焊膏印刷过程：印刷准备印刷动作填充脱板清洁（a）刮刀经过模板孔（b）移开模板（c）印刷好的焊膏模板印刷焊膏示意图焊膏可按以下性能分类：

1）.合金焊料粉的熔点；2）焊剂的活性

3）.焊膏的电镀；

4）.清洗方式焊膏的组成：

1.合金焊料粉；

2.焊剂；

3.添加剂无活性（R）中等活（RMA）活性（RA）有机溶剂清洗水清洗半水清洗免清洗焊膏的性能参数：1.粘度；2.密度；3.熔点；4.触变形；5.存储性能点胶技术点胶工艺是采用贴片胶将SMC/SMD粘合在PCB表面，在加热固化后，插装元件，然后通过波峰焊焊接完成。贴片胶的类型：

1）.环氧型贴片胶；

2）.丙烯酸型贴片胶贴片胶涂布方法：针式转移模板印刷压力注射点涂法贴片技术用一定的方式将片式元件准确地贴放到PCB制定的位置上。可分为：1）.手工贴片；2）贴片机贴片回流技术电子组装向表面贴装转化，回流焊已逐步取代波峰焊称为主流。

回流焊技术气相回流焊（最有效）热板传导回流焊红外回流焊（最普遍）热风对流回流焊激光回流焊回流曲线清洗技术组装板上污染物：

1.极性污染物（离子型污染物）；

2.非极性污染物（非离子型污染物）；

3.粒状物清洗原理：破坏污染物与PCB之间的物理或化学键的结合力而分离清洗类型：

1.溶剂清洗；利用溶剂溶解力。

2.半水清洗；碳氢化合物+表面活剂。

3.水清洗；利用去离子水。

4.免清洗：采用免清洗膏或助焊剂与免清洗工艺结合焊接后不清洗。返修技术是对存在电气、焊接等各种缺陷的不合格组装板按特定的工艺要求进行修理，使之恢复成合格的组装产品。返修过程新型组装技术：

1.无铅焊接技术；

2.COB、COF、COG技术；

3.封闭式印刷技术；

4.选择性焊接技术；

5.通孔回流焊接技术发现故障元器件的拆卸清理焊接区域安装并焊接新元件清洗PCB并测试第四章封装材料主要功能：

1.为微电子器件提供机械支撑和环境保护；

2.为内器件提供信号输出通路或限制信号的传递；

3.为封装器件提供散热通路（热沉）。封