淺談現代電子裝聯工藝技術的發展走向

【摘要】現代芯片封裝技術發展日新月異，它快速地推動了作為電子裝聯的主流SMT邁入了后SMT（post-SMT）時代。本文描述了現代電子裝聯技術的發展態勢和目前已達到的技術水平，分析了促使其技術發展的驅動力。

【關鍵詞】電子裝聯；SMT；發展

一、電子裝聯目前的發展水平

傳統采用基板和電子元器件分別制作，再利用SMT技術將其組裝在一起的安裝方式，在實現更高性能，微型化、薄型化等方面，顯得有些無能為力。電子安裝正從SMT向后SMT（post-SMT）轉變。通訊終端產品是加速開發3D封裝及組裝的主動力，例如手機已從低端（通話和收發短消息）向高端（可拍照、電視、廣播、MP3、彩屏、和弦振聲、藍牙和游戲等）發展，要求體積小、重量輕、功能多。專家預測：2008年以后手機用存儲器將超過PC用存儲器。芯片堆疊封裝（SDP），多芯片封裝（MCP）和堆疊芯片尺寸封裝（SCSP）等，將大量應用，裝聯工藝必須加快自身的技術進步，以適用其發展。為適應微型元器件組裝定位的要求，新的精準定位工藝方法不斷推出，例如日本松下公司針對0201的安裝推出的“APC（Advanced Process Control）”系統，可以有效地減少工序中由于焊盤位置偏差和焊膏印刷位置偏差而引起的再流焊接的不良，作為繼SMT技術之后（post-SMT）的下一代安裝技術，將促使電子元器件、封裝、安裝等產業發生重大變革。驅使原來由芯片→封裝→安裝→再到整機的由前決定后的垂直生產鏈體系，轉變為前后彼此制約的平行生產鏈體系，工藝技術路線也必將作出重大調整，以適應生產鏈的變革，PCB基板加工和安裝相結合的技術是未來矚目的重大發展方向。

二、高密度組裝中的“微焊接”技術加速發展

高密度電子產品組裝中的微焊接技術，是隨著高密度面陣列封裝器件（如CSP、FCOB等）在工業中的大量應用而出現的。其特點是：

★芯片級封裝具有封裝密度高，例如：在一片5mm×5mm的面積上集成了5000個以上的接點數；

★焊點大小愈來愈微細化，例如：間距為0.4mm的CSP其焊球的直徑將小于0.15mm。在SMT組裝各工序焊接缺陷大幅上升。像上述這樣的凸形接合部的出現，加速了“微焊接”技術的快速發展。“微焊接”技術就意味著接合部（焊點）的微細化，密間距的焊點數急劇增加，接合的可靠性要求更高。歸納起來，“微焊接”技術正面臨著下述兩個基本課題：①“微焊接”工藝，由于人手不可能直接接近，基本上屬于一種“無檢查工藝”。為了實現上述要求的無檢查工藝的目的，必須要建立確保焊點接觸可靠性的保證系統（對制造系統的要求）。②由于焊點的微細化，焊接接合部自身的接續可靠性必須要確保。為此，要求有最完全的接合，焊點內任何空洞、異物等都會成為影響接續可靠性的因素（對接合部構造的要求）。

基于上述分析，為了實現上述的要求，故必須導入“微焊接工藝設計”的思維方法。所謂“微焊接工藝設計”，就是用計算機模擬焊接接合部的可靠性設計，從而獲得實際生產線的可靠性管理措施和控制項目；對生產線可能發生的不良現象進行預測，從而求得預防不良現象發生的手段，這就是進行“工藝設計”的目的。通過“工藝設計”，就預先構筑了實際的生產線和生產管理系統。這樣，就可以獲得高的生產效率和焊接質量。對焊接接合部的可靠性管理也就變得容易和可能了。

三、電子裝聯技術未來走向

以現有的電子裝聯工藝技術模式和工藝裝備能力來說間距為0.3mm的CSPs等芯片的應用已近極限。未來比上述元器件更小的超微級元器件及分子電路板的應用，從穿孔安裝（THT）到表面安裝（SMT）已流行數十年來的組裝概念及其工藝技術裝備（如印刷機、貼片機、各類焊接設備及檢測設奮等）都將無法勝任而退出歷史舞臺。

隨著半導體和微機械元器件尺寸小到毫微級時，基于機械組裝系統和焊接技術的傳統組裝和連接技術，將會遇到嚴重的挑戰。D.OPopa在2004年SME制造月刊中發表的“微型和中間規模的組裝”提出了“封裝差距”，若按摩爾定律繼續進行的話，就會在2010年以后的十年中發生“組裝危機”。因此，串行處理這些小元器件已是不再可行的。在大量組裝毫微米級元器件時，己不再使用機械工具方法來精確定位元器件了。主要影響這些元器件精確定位和貼裝的因素是極小分子間的相互作用力。由此可見基于機械方式的串行處理技術將會完全失效。A.Singh等人在1999年IEEE微機械系統期刊發表的“使用倒裝焊鍵合進行微晶的移動”一文中所提出的方法是：使用移動的方式將預先搭建整個系統的薄膜圖形轉移到基板上，使用“印刷”的方式可以并行地制造整個電路圖形。從效果上講與噴墨或印刷到基板的思維是相似的：首先試圖在并行處理時將大量的中型級元器件放置于臨時的基板上，再將它們互連后移離臨時基板（作為貼裝工作臺的臨時基板是可以反復使用的）。在液體中或噴射印刷推進的方式下，應用擴散原理可以將元器件放置于該平臺上，這樣可以使元器件接近其最終的位置。另一種將元器件置于其位置的方法是：美國專家Adalytix所做的，即應用微流體力學進行的一種高速初步定位的技術，由于此法具有較高的并行度，所以會達到較高的生產量。并行定位元器件的其他原理包括：靜電學和磁學。總之，將元器件定位到所要求的位置及最終的對準過程是比較復雜的，而且這些過程還需要復雜的工藝技術。通過克服弱的小范圍力-鍵合力就可以達到所希望的標準。以上過程可以在潤濕性或流動性環境中形成。從上述分析中可知，未來電子裝聯技術工程師所要求掌握的知識結構，將向復合化方向擴展。

參考文獻

[1]余國興.現代電子裝聯工藝基礎[M].西安電子科技大學出版社，2007.

[2]樊融融.現代電子裝聯工藝缺陷及典型故障100例[M].電子工業出版社，2012.

作者簡介：魏偉（1981—），男，安徽六安人，無線電裝接高級工，從事航天電子產品電聯工作十多年。