現代電子裝聯工藝技術的發展走向

鄧波

中國電子科技集團公司第三十四研究所 廣西 桂林 541000

引言

我國的戰略性科技力量主要依靠電子與資訊行業支撐。要達到國際一流目標，其中一項關鍵的技術基礎就是必須高度重視電子裝聯工藝技術的核心，并加強對電子裝聯工藝技術管理開展有關科學研究。

1 現代電子裝聯工藝技術概述

電子裝聯，是指將元器件、光電子元器件、基板、引線、接頭等重要零件按照所規定的電氣工程模型進行組裝并與電氣連接的生產流程。在此過程中，所使用的各種裝置叫作電子裝聯裝置。電子裝聯專業裝置的技術和運作特性，影響產品的電氣連通性、穩定性、安全可靠和實際應用的穩定性。

其中，現代電子裝聯質量管理系統全面地介紹了現代電子裝聯質量管理的理論、方法和技術，突出了質量管理內容的系統性、先進性、理論性和實踐性。電子裝聯工藝和裝置關鍵技術是電子電氣生產制造業的關鍵技術，是電子電氣生產工業實現小型化、輕量化、多功能化和高可靠性的核心技術。我國正在逐步由全球的工業強國向制造業強國轉變，并逐漸從生產勞動密集型國家向科技密集型國家轉變，尤在以工業化與信息化融合為重點的趨勢下，將成為世界電子電氣產品工業的核心所在。國家在電子產品組裝行業的投資與生產將大幅增加，而電子電氣產業中的電子產品裝配聯工藝以及專用設備行業，也處于千載難逢的發展時機。根據曾在電子產品研究與制造一線進行過電子產品裝聯工作的人員表述，其深刻體會到電子裝聯工藝技術的重要性[1]。電子產品裝聯與工藝技術的好壞，影響到公司完成產品銷售的指標，關乎著產品銷售的安全，也決定了公司制造的品質。所以，提升我國電子裝聯工作者的整體制造工藝水平，是提升中國電子信息產業能力的核心要素。

2 現代電子裝聯工藝及其設備的分類

2.1 按電子產品的安裝及技術方法的不同劃分

2.1.1 表面貼裝（Surface Mount Technoloty，SMT）用設備：如點膠機、錫膏印刷設備、多功能貼片機、回流焊接機、在線光學測量裝置AOI、離線及在線X-Ray設備等。

2.1.2 通孔插裝技術（Through Hole Technology，THT）用設備：如各類的元電子器件成型機，以及各類元電子器件插裝機、波峰焊接機、異形插件機、壓裝機、繞接機等。

2.1.3 CMT（混合安裝）用設備：如選擇性波峰式焊接機，功能模塊電焊機，激光焊錫機等。

2.2 按電子裝聯裝置本身功用的不同劃分

2.2.1 生產工序用設備。它是指實施生產制造工藝過程中某一工序內容的專用設備。如焊接、膠接、螺釘連接、壓接，繞接，鉚焊，軋花等，其中以焊縫加工是最主要的工序，它與相應的機械設備主要有波峰焊接機，回流焊接機、選擇性波峰式焊接機，脈沖熱壓焊接機，激光焊錫機等。

2.2.2 檢測類設備。其主要用途是進行工藝流程質量監測，如：ICT、FCT、AOI、X-RAY等
（3）。

2.2.3 返修類設備。對生產線中不良品的回修工作，如各種類型的CGA、BGA、QFN等芯片的回料操作臺，上錫、除錫裝置等。

2.2.4 裝配類設備（或生產線）。對電子設備的手動組裝，如各類SMT周邊裝置，手動上料機，各類非標組裝裝置，柔性工廠等。

3 現代電子裝聯技術發展水平

傳統的裝聯技術采用金屬基板和電氣元器件單獨制造，然后再使用SMT工藝技術將其安裝在一塊的方法。在達到更高效化、微小化、薄型化等技術方面，就變得有點力不從心。電子安裝工藝技術正由SMT向后SMT（post-SMT）轉化。通信終端產品是加快進行3D包裝及制造的主動力，比如手機己從中低端向高端的快速發展，需要規格小、重量輕、功用多。現在手機用存儲已經超越了PC用存儲器[2]。單芯片堆疊密封（SDP），多晶片密封（MCP）和堆疊芯片尺寸密封（SCSP）等，已經大規模使用。但裝聯技術工藝還必須進一步加強提升自己的技術水平，以適應其發展趨勢。為了滿足對微型元器件裝配自動定位工藝技術的需求，最新的精準定位工藝方法也日益引入。如日本松下最新裝置體系，能夠有效避免施工中由于焊盤高度偏移和焊膏印刷高度偏移而導致的再流焊縫的錯誤，成為繼SMT工藝技術以后（post-SMT）的下一批裝配工藝技術。這項技術也必將推動電子元器件設計、密封、安裝等行業進行巨大轉型。驅使將原來從芯片設計~封裝~安裝~再到全機的由前決定后的垂直產銷鏈系統，轉化為由前后相互控制的平行產銷鏈系統，工藝創新路線也必須進行重要調整，以應對產銷鏈條的變化，將PCB基板工藝與裝配有機地結合的新技術，是未來矚目的重要發展方向。

4 現代電子裝聯工藝技術發展的重要性

4.1 通過電子裝聯工藝技術的發展，可以實現電子裝備的微變形與可靠性

通過電子裝聯工藝技術的發展，可以實現電子裝備的微變形，從而有效提高了電子裝備的可靠性。先進的電子產品裝聯工藝創新采用了高密度的新型元器件裝配技術，可以在減小了電子產品裝備體積與外形的同時，也使電子器件的信息傳遞、散熱特性等方面進行了優化，在達到其所要求的技術指標要求的同時，也有效保障了電子器件的順利工作。而要完成某RF功率放大器的輕數字化、緊湊型化轉換，從而保持它自身的發射效能、功耗和工作的穩定性，就必須采用國際領先的多芯片系列的設計與組裝工藝技術才能完成，而這是傳統的電子裝聯工藝創新技術根本無法做到的。同時，通過對電子裝聯制造工藝科學技術的進一步發展，還可以更有效地推動了立體電子產品裝配技藝的進一步發展和完善，以便于在三維的空間區域里就可以實現電子元件的裝配，從而促進了信息傳輸速率、空間寬度利用率的有效提高，并可以在較大程度上減少了電路干擾。

4.2 電子裝聯工藝技術的進展將有利于微焊接工藝技術的進展

根據目前的電子裝聯工藝技術，裝備距離約為0.3mm的芯片已逼近技術裝備力量的限制。但是隨著科學技術的不斷進步，微機械與零點五導體技術中的元器件厚度將會愈來愈小，甚至超過了毫微級別。芯片級的封裝密度將大幅增加，而焊點的體積也將更加細微。這時，基于傳統的電子裝配與連接工藝技術將會面對著巨大的技術挑戰，以至面臨著淘汰。而電子裝聯工藝創新的進展則可以更有效地實現微連接技術水平的提高，進而為裝備更小的或超微細型的電子元器件創造了機會。所謂微焊接，是指通過實現對焊縫的微觀細化，使相同間距間的焊縫條數大幅增多。但要進行微焊工序，首先在生產體系上，要形成能夠確保焊縫接觸具備較強安全性的生產體系，從而確保焊縫自身具備較強的接觸安全性。這都必須建設在電子裝聯工藝技術的牢固基礎上。

4.3 高密度裝配中的微焊接工藝科學技術加快發展

高密度電子裝配中的微焊接工藝技術，是由于高密度面陣列密封元件（如CSP。FCOB等）在電子制造業中的大規模使用而產生的。其優點為單芯片級封裝系統具有的包封材料密度較高。譬如，在一個5mm×5mm的面積上就集成了5000個以上的接點數。焊點尺寸愈來愈微細化。距離約為0.4mm的CSP，其焊球的孔徑將低于0.15mm。在SMT組裝中各工位焊縫缺陷迅速增多。像上面一樣的凸形接合部的大量存在，也促進了“微焊縫”工藝技術的發展。“微焊縫”工藝技術就意味接合部（焊點）的微觀化，密間距的焊點數大幅增多，接合的可靠程度需要更高。

歸納起來，“微焊縫”工藝技術正面對著下述幾個課題：①“微焊縫”工藝技術。由于操作人員不可能做出，大體上處于無檢查工藝。為達到上述所規定的無檢查工序的目的，就一定要設置保證焊點接觸可靠性的質量保證系統（對制造系統的要求）。②由于對焊縫的微觀化，焊縫與連接部本身的接續可靠性也一定要保證。因此，需要有最完整的連接，而焊點內各種空隙、異物等都是形成影響接續工作可靠性的主要原因（對接合部構成的需要）。通過以上分析，如果想要達到以上的要求，故需要引入“微焊接技術制造工藝系統設計”的思考方式。所說的“微焊縫工藝方案設計”，就是說用電子計算機仿真焊縫接合部的安全可靠性工程設計，以便得到現實應用工廠的安全工作可靠性措施和控制項目。對工廠或許會遇到的不良現象加以預報，以便求得防止不良現象產生的技術手段，這正是開展"工藝方案設計"的主要目的。采用“工藝設計”，即預先構建了實際的生產線和制造系統。如此，就能夠達到最高的制造效率和焊縫品質，對焊縫連接部的可靠性管理工作也就多了一些可能。

5 現代電子裝聯工藝技術發展趨勢

在未來，現代消費電子產品裝聯工藝創新的技術發展趨勢將主要向著高密度電子元器件的裝配技術、新型元器件裝配技術、立體裝配技術、多晶片系列的設計、多晶片組裝配技術等的方面發展。可預見的是，由于電子裝聯工藝過程科技的蓬勃發展，它所需要的知識結構將會越來越復雜，并逐漸復合化。今天，電子產品自組裝技術將獲得巨大的發展，而電子裝聯工藝技術也將邁入超越了微細電子產品的新世紀。而稱為自組裝技術，其定義和創意都來源于在自然界中具有自我復制能力或自組織成復雜構造的原子等基本元件，而自組裝技術也正是這種基本原理在電子裝聯工藝技術中的運用。目前這項關鍵技術還在研發階段，它要求經過對壓強、電磁性、高溫等電子產品裝聯環境條件加以嚴格且科學合理的過程調控，才能得到最理想的電子產品裝聯產品屬性和構成。

從理論而言，未來并行貼裝的工藝技術將全部取代傳統串行貼裝技術，即現將整套網絡系統先期構建好，而后再采用移動的方法將薄膜圖像更有效傳遞到基板上，并利用這種類似印刷的方法，來完成對整套電路圖像的成功并行制作。來自美國的IBM公司，通過將自重組聚合體矩陣技術應用在超密快閃記憶體的硅基板上，使毫微晶體開發獲得了成功。由來自加州的ALIM科技有限公司所提供的FSA（流動式自組裝）工藝技術目前已獲得了相當完善的研究，它有效地把電器元件裝配流程中的初始位置與終點定位融合到一起，也因此更有效地提高了電子裝聯的工作品質與效率，并應用于更大規模、低成本的電器元件生產中[3]。同時，美國加州大學、劍橋大學和圣地亞哥大學等全球著名院校的電子技術實驗室也采用了不同的研究方法，使用電場、磁場等來產生定向力以使電子元器件向更加精確的方向移動，并在電子裝聯工藝創新以及自組裝技術的研發上獲得了一定的進步。

6 結束語

現代電子裝聯工藝技術對毫微電子元器件的裝聯方向將產生巨大的革命性創新，是下一個電子產品元器件裝聯的主要方向。目前上述研究成果正處在初步階段，有望通過更多科研人員持續努力奮斗，完成電子裝聯工藝技術領域愿景。