電子制造與組裝技術(shù)

電子制造與組裝技術(shù)機(jī)電工程學(xué)院桂林電子科技大學(xué)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(dǎo)體制造（集成電路制造）：利用微細(xì)加工技術(shù)將各單元元器件按一定的規(guī)律制作在一塊微小的半導(dǎo)體上而形成半導(dǎo)體芯片的過程。（2）電子封裝：從電路設(shè)計的完成開始，根據(jù)電路圖，將裸芯片、陶瓷、金屬、有機(jī)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(shù)：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(jī)的組裝。

電子封裝的四個功能：

1）為半導(dǎo)體芯片提供機(jī)械支撐和環(huán)境保護(hù)；

2）接通半導(dǎo)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(dǎo)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(shù)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(fù)運用這四種工藝在硅片上可制造出各種半導(dǎo)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(xué)性能發(fā)生改變，原理如圖所示：摻雜主要有兩種方法：擴(kuò)散和離子注入。

4）熱處理

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

1）引線鍵合（WB）：將半導(dǎo)體芯片焊區(qū)與電子封裝外殼的I/O引線或基板上技術(shù)布線焊區(qū)用金屬細(xì)絲連接起來。常用的三種技術(shù)：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(shù)（TAB）：

利用凸點通過電熱極一次將所有的引線進(jìn)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(shù)3）倒裝芯片技術(shù)（FC）：芯片以凸點陣列結(jié)構(gòu)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(xué)鍍鎳鍍金第二步回流形成凸點結(jié)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(xué)腐蝕能力強(qiáng)。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(dǎo)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(jī)基板和芯片的熱膨脹系數(shù)無法保證完全匹配，導(dǎo)致回流焊和溫度循環(huán)時在焊球處產(chǎn)生很大的應(yīng)力，嚴(yán)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(shù)來避免這一問題。底部填充同時帶來的問題由于當(dāng)前的技術(shù)無法保證所供應(yīng)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(jìn)行返工修復(fù)替換。修復(fù)過程

1.通過加熱或化學(xué)處理方法迅速降低底部填充劑的粘結(jié)強(qiáng)度；

2.用芯片拾取裝置取下壞芯片；

3.用高速刷凈設(shè)備去除樹脂殘留物；

4.對基板進(jìn)行檢測；

5.更換新的芯片；

6.重新進(jìn)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(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)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(jié)構(gòu)示意圖PBGA內(nèi)部結(jié)構(gòu)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(shù)

1.薄膜成膜技術(shù)：

1）真空蒸發(fā)；2）離子濺射

2.厚膜成膜技術(shù)：

1）印制燒結(jié)法；2）等離子噴涂第三章電子組裝技術(shù)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(xué)藥品行；6）粘結(jié)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(qiáng)度

3.整機(jī)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(jī)械性能；6）耐霉性；7）熱傳導(dǎo)性；8）安全，環(huán)境特性功能：導(dǎo)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(dǎo)電圖形與絕緣材料交替粘合有粘結(jié)層無粘結(jié)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(dǎo)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(zhuǎn)，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(shù)常用方法：

1）光致成孔；2）等離子體蝕孔；3）機(jī)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(zhǔn)分子激光器電子組裝技術(shù)

1.通孔組裝技術(shù)（THT）；2.表面貼裝技術(shù)（SMT）通孔組裝技術(shù)（THT）將元器件引出腳插入印制電路板相應(yīng)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(jī)械自動插件通孔回流焊接技術(shù)（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(shù)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(shù)中的核心技術(shù)。波峰焊流程：將元件插入相應(yīng)的元件孔中預(yù)涂助焊劑預(yù)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(shè)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(shù)（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(shù)。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(jié)構(gòu)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(fù)雜；

4.塑封器件吸潮生產(chǎn)線構(gòu)成

SMT生產(chǎn)線主要由焊膏印刷機(jī)、貼片機(jī)、再流焊接設(shè)備和檢測設(shè)備組成。SMT生產(chǎn)線的設(shè)計和設(shè)備選型要結(jié)合主要產(chǎn)品生產(chǎn)實際需要、實際條件、一定的適應(yīng)性和先進(jìn)性等幾方面進(jìn)行考慮。印刷技術(shù)涉及：模板、焊膏和印刷機(jī)模板結(jié)構(gòu)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(xué)腐蝕技術(shù)

2）激光切割法——精度高、周期短化學(xué)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(zhǔn)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(jī)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(shù)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(zhuǎn)移模板印刷壓力注射點涂法貼片技術(shù)用一定的方式將片式元件準(zhǔn)確地貼放到PCB制定的位置上?？煞譃椋?）.手工貼片；2）貼片機(jī)貼片回流技術(shù)電子組裝向表面貼裝轉(zhuǎn)化，回流焊已逐步取代波峰焊稱為主流。

回流焊技術(shù)氣相回流焊（最有效）熱板傳導(dǎo)回流焊紅外回流焊（最普遍）熱風(fēng)對流回流焊激光回流焊回流曲線清洗技術(shù)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(xué)鍵的結(jié)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?xì)浠衔?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(jié)合焊接后不清洗。返修技術(shù)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(jìn)行修理，使之恢復(fù)成合格的組裝產(chǎn)品。返修過程新型組裝技術(shù)：

1.無鉛焊接技術(shù)；

2.COB、COF、COG技術(shù)；

3.封閉式印刷技術(shù)；

4.選擇性焊接技術(shù)；

5.通孔回流焊接技術(shù)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(jī)械支撐和環(huán)境保護(hù)；

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