微组装技术------电子封装技术之分支

概念定义：

微组装技术主要由表面安装(SMT)、混合集成电路(HIC)技术和多芯片模块(MCM)技术组成,是一门发展很快的技术,至今仍无完整、准确、严密的定义。但通常认为微组装技术实质上是高密度电子装联技术,它通常是在高密度多层互联电路板上,运用连接和封装工艺,把微小型电子元器件组装成高密度、高速度、高可靠性立体结构的电子产品。
　(一) 发展过程　

60~70年代　

需求动力：电子产品小型化,及提高整体性能和可靠性的需要　

主要特点：这一时期微组装技术发展的重点是混合集成电路(HIC)技术。

此一时期的HIC主要是在绝缘基板上利用薄膜或厚膜工艺,制成膜式元件和互联导体,然后在基板上安装分立器件,构成微型功能部件。这种HIC的元器件安装密度低,功能简单,应用领域狭窄,组装密度的提高十分有限。　

80年代　

需求动力：电子产品小型化和提高性能的需求　

主要特点：这时表面安装技术日趋成熟,采用SMT组装的产品体积小,组装密度高,可靠性高,抗干扰,易于实现自动化和半自动化生产,降低成本。

实现SMT的关键是开发片式元器件和贴装技术,焊接采用波峰焊和再流焊。　

80年代末以来　

需求动力：计算机、航天及其它电子产品的小型化和提高性能的需求。　

主要特点：伴随着半导体集成电路技术的蓬勃发展,为了满足电子设备对电路数字化和高频高速化，以及电路功能模块化和小型轻型化的要求，多芯片模块(MCM)应运而生。

目前，MCM已形成四种基板的产品，

组装方式由1985年的单面组装发展为目前的两面组装，

组装密度也由1985年的5～10点/平方厘米 发展为1995年的20～30点/CM2。　

典型成果和产品：发展了一系列的关键技术，如：高密度多层布线技术、元器件高密度互连安装技术、设计技术、检测技术。　

(二) 现有水平及发展趋势　

微组装技术是高密度电子装联技术,它在高密度多层互连电路板上运用连接和封装工艺把微小型电子元器件组装成高密度、高速度、高可靠性立体结构的电子产品。其体积比常规电子产品小了许多，由于大大减少了焊点，可靠性也有相当程度的提高。

微组装技术的发展经历了混合集成电路（HIC）、表面安装技术（SMT）以及80年代末成长起来的多芯片模块（MCM）技术三个阶段。

以下简要介绍以上三方面技术的进展情况：

1.表面安装技术（SMT）:

⑴表面安装元器件 SMT的关键是表面安装元器件，包括片式电阻器、片式微调电位器、片式钽电解电容器、片式电感器表面安装触感开关、表面安装连接器、集成电路、混合集成电路等等许多类。

目前，表面安装元器件的发展方向主要是：小型化和高性能，包括大功率、高精度、大容量、高可靠、长寿命、高频化，如集成电路采用四侧引脚扁平封装（QFP）的最小引线中心距大都达到了0.5mm，0.406mm和0.305mm的器件已有少量供应。片式钽电解电容器使用60000CV/g钽粉，容量达33μF通过-55～+125℃1000次温度循环，高温高湿特性达85℃、90%RH。 表面封装的集成电路近几年发展很快,已经有了多种封装形式,如:四侧引脚扁平封装、薄体小外形封装、双列直插式封装等等。

⑵表面安装工艺 随着电路组件向高密度、高功能和高速化发展，电子元器件也相应进入了更高水平的微小型化和多引脚狭间距阶段，这就要求表面组装工艺向更更加精细和更严格控制的方向发展。表面安装工艺主要包括焊接技术、贴片设备、印刷电路板的设计制作等几个方面。

焊接是电路组装技术中影响电路组件可靠性、实现狭间距技术的关键工艺，近年来发展的新型焊接工艺有对流红外再流焊、汽相再流焊、工具再流焊、激光再流焊、免洗焊接、真空再流软钎焊接和无铅焊料及相应焊接技术等。

贴片机是表面安装生产系统中制造技术难度最高，价格最昂贵的关键设备。现在适用于大批量生产的消费电子产品的大型贴片机的贴装速度可达0.1～0.4秒/每片元件,贴装精度达±0.01mm，配置CCD 光学摄像校正系统后,精度可达±0.005mm。

印刷电路板不仅起到承载电子元器件、互连线、焊盘等作用，还起散热作用，随着印刷电路基板表面安装化的发展，出现了高密度化、高频化、超薄化、多样化的趋势，相应的印刷电路板的设计和制作技术也出现了一系列的变化，如：自动设计中广泛使用了计算机辅助设计技术，包括从电路图的网络清单到数字化输入操作；准备登录的元器件形状等的元器件数据库，焊盘检查以及计算机辅助制造数据输出操作。目前，在表面安装技术中计算机集成制造系统技术已有应用。与印刷电路板有关的其它关键技术还包括：布线与制版、金属化技术、孔化技术、叠层技术和材料技术。

丝网印刷机是表面安装技术中的重要设备。最近美国的DEKUSA公司和MPM公司分别研制出高速高精度的DEK288和MPM Ultraprint300丝网印刷机。如DEK288丝网印刷机装有可使印刷平面在0～90°之间调节的vector squeegee,它还具有Auto Flex工具，自动屏幕切换和刷新，条形码识别和非在线编辑功能，使装卸速度可达90秒。

1.混合集成电路(HIC)和多芯片模块(MCM)的进展

⑴关键材料

混合集成电路技术中的关键材料是基板材料、金属化材料、绝缘材料和封装材料等，它们的发展为混合集成电路技术以及在其基础上发展起来的多芯片模块技术的飞速进展提供了前提和保证。 基板是混合集成电路，特别是MCM的重要组成部分。MCM按照基板类型可分为四类:印刷电路板MCM,适用于<30MHz的低性能场合;陶瓷基板MCM适用于30～50MHz的中等性能场合;Si基板MCM,适用于>50MHz的高性能场合;以及混合型MCM。常用的基板材料包括：硅、陶瓷薄板或共烧陶瓷（氧化铝、玻璃－陶瓷、莫来石、氮化铝、碳化硅、氧化铍）以及金属（铝、铜和铜化合物），砷化镓芯片用兰宝石衬底。混合集成电路（包括MCM）基板发展的总方向是低介电常数，高热导率和低成本化。

目前用于HIC和MCM金属化的材料主要有:铜、铝、金、合金材料和金属有机浆料等。 常用的介质材料有聚酰亚胺、苯并环丁烯、聚苯酚喹啉、二氧化硅、多喹啉、聚四氟乙烯、环氧树脂等。

⑵关键工艺技术

HIC和MCM的设计和制造方法多种多样,各生产单位都有自己独特的工艺流程,为适应HIC和MCM小体积、高性能的发展方向，就必须不断提高工艺技术水平，其中关键的技术是：高密度多层布线技术、元器件高密度互连技术、设计技术、检测技术等。

提高布线密度是缩小产品体积、减小信号延迟时间的重要保证，故减小导线宽度和导线间距，减小通孔直径和孔距，并采用多层化形式是必须的。高密度多层布线的导体层制造技术有厚膜低压印刷技术、凹版补偿微细图形成形技术、减成光成形技术、加成光成形技术等多层化技术。现在厚膜布线的线宽和线距已窄达20μm，布线层数高达100层,而薄膜布线的线宽和线距则达10μm,布线层数达10层。

为适应超小型化的要求，片式元件已发展导1608、1005型,LSI封装的引线间距也降到0.5mm,0.3mm也即将实现。电子元器件的互连安装中LSI的高密度安装是一直努力探索的课题。LSI高密度安装技术包括丝焊、载带自动焊（TAB）、裸芯片倒装，高密度互连（HDI）等。

目前,MCM尚缺乏完整的设计系统。 检测技术也是有待研究的MCM和HIC的技术难点之一。　

美国和日本在SMT、HIC和MCM技术及其应用上均处于领先地位。在SMT技术上,日本是世界上采用SMT程度最高的国家,在液晶彩电、摄像机、立体声耳机、汽车电话中使用的固定电阻器和可变电容器已全部是片式化产品，液晶彩电中使用的钽电解电容器也全部片式化。

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