電子組裝技術發展探析

張翔

[摘要]近年來，電子組裝技術進入了超高速發展時期，并伴隨著芯片封裝技術的發展而不斷前進。逆序電子組裝技術、三維立體組裝技術的應用使電子組裝技術技術向精細化、微組裝化、三維化、綠色環保化等方向發展。

[關鍵詞]電子組裝技術；逆序電子組裝；三維立體組裝

[DOI]1013939/jcnkizgsc201550053

電子組裝技術是指將電子元器件安裝在印制電路板上的焊接技術，包括焊接方法、焊接材料、焊接設備、焊接質量檢測等，是一種金屬加工工藝，它直接關系到電子產品的品質。隨著電子技術的迅猛發展，電子產品已滲透到人類生活的各個領域。由于電子產品的使用范圍趨于廣泛、工作環境不斷復雜，對電子產品的組裝工藝要求也越來越高。一是要求布局合理，結構緊湊，以保證對產品技術指標的要求；二是要求工藝不斷革新，以適合大批量生產或自動化生產；三是要求操作簡單，方便維修；四是要求造型美觀大方。隨著電子產品小型化、高集成度發展趨勢，電子組裝技術的發展也是日新月異。

1電子組裝發展歷程

電子管的問世，引領人類社會進入了全新的發展階段，并由此宣告了一個新興行業的誕生，世界從此進入了電子時代[1]。電子管在電子組裝時被安裝在電子管座上，而電子管座一般則是固定于電路板上，采用引線方式進行器件和電子管座的連接，并要求電子組裝線路走線整齊。由于電子管工作時需要高電壓，使得電子組裝時要充分關注和考慮強電和信號（弱電）的走線以及生產中對人身安全的保障等。

半導體分立器件的出現，使電子技術獲得了飛速發展，不僅使人們的生活方式發生了改變，也使人類社會駛入了高科技發展的快車道。有了功能各異、種類繁多、低電壓工作的有源器件（半導體分立器件）和小型化的無源器件（電阻、電容等），我們可以將若干個有關聯的電子電路單元集成到一塊電路板上，于是單面印制板和平面布線技術應運而生，電子組裝則可以在單塊印制板上進行，從而大大減小了電子產品的體積和重量。隨后出現的半自動插裝技術以及浸焊裝配工藝，使電子產品的生產效率大幅提高，生產成本大幅降低。

半導體集成電路、薄膜集成電路、厚膜集成電路和混合集成電路的出現，普遍采用金屬、陶瓷、塑料（DIP、SOIC）封裝，使得有源器件的體積進一步小型化，并形成了雙面印制板和初始發展的多層印制板，電子組裝技術也發展到采用全自動插裝和波峰焊技術，電路的接線連接則變得更為簡單。

大規模、超大規模集成電路的出現，使得集成電路的集成度越來越高。計算機里的控制核心微處理器和存儲器就是超大規模集成電路的最典型實例，超大規模集成電路設計，尤其是數字集成電路，通常采用電子設計自動化的方式進行，已經成為計算機輔助設計技術的重要分支之一。

極大規模電路的出現，是通過微組裝電子工藝實現的，其周邊引腳采用陣列引腳，整個集成電路則采用球柵陣列密集封裝。目前，無源器件發展到表面貼裝元件（SMC），集成有源器件也有了表面貼裝器件（SMD），并不斷向著微型化的方向發展。由于表面貼裝元器件（SMC、SMD）是一種無引線或引線很短的適用于表面組裝的片式微小新型電子元器件，可通過表面組裝技術（SMT）將片式電子元器件貼裝在印制電路板表面，再通過波峰焊、再流焊等方法焊裝在基板上。其特點是在印制板上可以不打孔，所有的焊接點都處于同一平面上，并繼續向窄間距和超窄間距方向發展。

2電子組裝發展現狀與新技術應用

表面組裝技術（SMT）經過幾十年的發展，已成為當代電路組裝技術的主流。隨著微電子技術的不斷興起，電路中電感電容耦合、互連信號延遲、串擾噪聲以及電磁輻射等影響越來越大，電路的工作速度以及延遲時間等性能對器件之間的相互連接也提出了更高的要求，高密度封裝的IC以及其構成的功能電路已不能滿足高性能的要求。眾所周知，電子組裝技術是伴隨著電子器件封裝技術的發展而不斷更新的，有什么樣的器件封裝，就會產生什么樣的組裝技術[2]。隨著封裝技術的快速發展，電子元器件日益向微小化、片式化、復合化、模塊化和基板的內置化方向發展，極大地推動了作為電子組裝的主流SMT邁入了后SMT（post-SMT）時代，更為先進的組裝技術，如逆序電子組裝技術、三維立體組裝技術。

21逆序電子組裝技術

（1）逆序加成工藝。逆序加成工藝是一種新型的電子組裝技術，它完全不需要采用傳統的焊料互聯和基板，可大大簡化電子產品的制造方法。整個制造過程可以在較低的溫度下進行，避免經歷高溫過程，與傳統的PCB電子制造工藝相比，逆序加成工藝更適合于高密度、高性能、高可靠性以及對環境損害要求小的電子制造[3]，并可大大節省制造成本。

（2）“Chip in Polymer”工藝。“Chip in Polymer”工藝可以實現在一個板上埋入多個有源芯片的系統級封裝。其方法是利用傳統的PCB電子組裝技術將薄的芯片直接埋入每一層基板中間，芯片與芯片之間的相互連接則通過激光打孔或微孔的金屬化來實現。

（3）“Occam”工藝。“Occam”工藝也是一種倒序互聯工藝，在其工序中采用了目前常見的、成熟的、低風險的核心處理技術，即使用一種粘性基板，在其上布置電子元器件，使元件的焊盤或引腳向下置于基板上，并用一種塑膠材料封起來，然后將組件翻轉過來，使元件的焊盤或引腳向上，利用激光打孔制作出與元件連通的過孔，通過電鍍銅和掩膜刻蝕的方法實現電互聯。如果需要還可以在最上面再放置元器件，制作出第二層元器件組裝層。

逆序加成工藝、“Chip in Polymer”工藝和“Occam”工藝都給出了一個新的電子組裝思路，使整個電子制造過程始終處于低溫加工中完成，比之前的非焊接的電子產品（如導電膠）具有更高的可靠性和可行性，便于實現3D封裝以及其他高密度封裝，更適合現代電子產品的要求。電子組裝過程中大大減少了需要腐蝕掉銅的量，也符合現代綠色制造的理念，發展前景廣闊。

22三維立體組裝技術

三維立體組裝技術（即3D組裝技術）是將組裝的IC芯片疊加起來，然后利用芯片的側面邊緣和垂直方向進行互聯，從而將水平組裝向垂直方向發展為立體組裝。三維立體組裝不僅使電子產品的組裝密度更高（可達200%），也使其功能更多，性能更好，可靠性更高，運行速度更快，相對成本更低，它是目前硅芯片技術的最高水平。當前實現三維立體組裝的途徑大致有三種：其一是將多芯片組件上下層雙疊互聯起來構成為3D，此方法稱之為疊裝型3D結構；其二是采用硅規模集成片作為基板，在其上進行多層布線，最上層再貼裝片式元器件，此方法稱之為有源基板型3D結構；其三是在多層基板內或多層布線介質中埋放電阻、電容及IC芯片等，并在基板頂端再貼裝片式元器件，此方法稱之為埋置式3D結構。

3電子組裝技術發展趨勢

31精細化

隨著01005元件（長04mm，寬/厚02mm）、高密度CSP（芯片級封裝）的廣泛應用，元器件的安裝間距將從目前的015mm向01mm發展，SMT工藝上對印制板圖形質量、焊膏的印刷精度以及貼片精度提出了更高要求。表面組裝技術從設備到工藝都將朝著適應精細化組裝要求的方向發展。

32微組裝化

目前，MCP（多芯片封裝）、SDP（芯片堆疊封裝）和SCSP（堆疊芯片尺寸封裝）的廣泛應用，將迫使電子組裝技術跨進微組裝時代[4]。元器件組成的復合化，半導體器件封裝的三維化和微小型化，促使板級系統組裝設計的高密度化，電子組裝技術必須加快其自身的技術創新，以適應其微組裝發展的需要。

33電路印刷化

并行貼裝技術已到了取代串行貼裝技術的時候，通過移動的方式將預先搭建的整個系統的薄膜圖形轉移到基板上，借助“印刷”的方式可以并行地生成整個電路圖形，其效果與噴墨或印刷到基板是相似的。

34產品綠色化

產品綠色生產是未來發展的方向和要求。從SMT生產的開端就要考慮環保，通過分析SMT生產過程中可能出現的污染源以及可能造成的污染程度，選擇相應的SMT設備以及工藝材料，并制訂相應的工藝規范和操作規程，以適時的、合理的、科學的管理方式維護SMT生產線的運行，以滿足生產的要求和環保的要求。為此，電子組裝新的設備應朝著智能、高效、靈活、環保等方向發展。

隨著電路元器件封裝技術的不斷創新，電子組裝技術也在不斷地更新，這不但實現了電子產品的薄小與輕便，而且還提高了電子產品的功能與性能。通過減少電子產品組裝過程中焊接的元器件數目，不僅大大提高了電子產品的可靠性，而且大幅降低了電子組裝過程中的成本。