毕业论文微组装在微波遥感中的应用(2)

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第2章 表面组装技术

国际上SMT发展迅速，并日臻完善，国内SMT的应用虽尚处于起步阶段，但极具发展潜力，已愈益引起业内人士的重视，其发展有以下趋势。

1．SMD和SMC日趋微型化。QFP间距已选0.3mm，引出脚200根以上，片状元件微型化1005(1mm长0．5mm宽)型已投入大批量使用。各类异形表面组元件品种也愈来愈多，元器件的微型化进一步促进了设备和工艺的更新与发展。

2．设备更新换代加快，在使用中厂商更重视设备与工艺的整体配置。

①柔性制造系统(FMS)被更多的厂商采用，中型贴片在SMT市场中渐趋重要。如由二台常规型和一台高精度型的中型机组成的贴装流水线，其贴片速度可达到一台大型贴片机的速度，同时能贴不同形状，不同精度的元器件，成本低，便于调试。

②丝网印刷机，再流焊炉等设备不断更新。在SMT发展初期，人们对贴片机重视程度远大于丝网印刷机，再流焊炉等设备，而现在则更重视设备，工艺的整体配合。丝网印刷工艺中，焊膏的选择、焊膏粒子大小，粘度控制、基板表面平整度对印刷质量的影响，丝网下金属模板的使用以及不同间距，不同类别元器件对焊膏印刷质量的要求，促使设备制造商不断更新，改进设备，使印刷机在焊膏印刷中的对位精度、分辨率、重复性、焊膏厚度控制方面得到满意的结果，出现了型号众多的印刷机产品，目前以半自动和全自动的印刷机使用最多。在各类再流焊设备中，远红外(IR)曾大量使用，自从使用者发现它们对不同颜色吸收热量不同以后(如IC封装是黑色的，管脚是银白色的，焊膏会向温度高处流动)，逐步由远红外加热风再流焊炉替代了原有再流焊炉，将辐射加热改为辐射加对流的方式加热，使温度更为均匀，在炉膛对角线上两端和中间三点温度差可在3℃以内。近来由于精细间距焊接的需要，及免清冼技术的出现，充氮远红外炉特别受到重视，新一代的再流焊炉大多是氮的，其价格也要贵得多。

3．水清洗和免清洗技术

为保证组装后电路板的可靠性，清洗是很重要的，清洗一般包括清洗(去除杂质、助焊剂残留物)、漂洗、干燥(热风或真空抽干)等三个阶段。由于国际上对环保的要求比较高，溶剂型(如氟氯昂、丙酮等)清洗液已逐步被替代，而改用水清洗技术。清洗液体有碳化水、水、酒精、植物液体等。一种清洗机可使用多种液体，水清洗机的价格也很高。目前免清洗技术正受到重视，使用免清洗一是要减少焊接过程中导体的氧化。二是使用免清冼焊膏RMA(Rosin Mildy Activated)。免清洗焊膏中，松香含量约在9 ~10 %，其余为活性剂、树脂，助焊剂及增粘剂等。

4．采用电脑整体作业(CIM )

电脑整体作业使得在生产过程中各台贴片机所贴元件品种、数量分配合理，操作方便，整个工艺过程包括检测由电脑控制。

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第3章 微组装技术

微组装技术是电子产品先进制造技术中的关键技术之一，是电子产品制造中的电气互联技术的主体技术，是电子封装与组装技术发展到现阶段的代表技术。

3.1 微组装技术的基本概念

微组装技术是在高密度多层互联基板上，用微型焊接和封装工艺把构成电子电路的各种微型元器件（集成电路芯片及片式元件）组装起来，形成高密度、高速度、高可靠、立体结构的微电子产品（组件、部件子系统、系统）的综合技术。

微组装技术这一名词提出初期，特指组装工艺技术的高级发展阶段，即指元器件引脚间距小于0.3 mm间隙的表面组装技术。随着技术的发展，现在也用于泛指电路引线间距或元器件引脚间距微小、或所形成的组件、系统微小的各种形式封装。

3.2 MEMS技术

MEMS(微机电系统)技术是目前的一个新兴技术领域，具有重大的应用前景，它广泛运用于汽车、电子、通信、航空航天等领域。封装是MEMS技术走向产业化实用化的关键技术之一，封装占整个MEMS器件成本的50～90%，随着MEMS技术的发展，封装已成为阻碍MEMS商业化的主要技术瓶颈。MEMS器件可靠性很大程度上取决于封装，MEMS封装可靠性需要有封装材料、工艺及结构的工艺力学方面深入的了解与认识。

从MEMS封装工艺力学的角度来研究MEMS封装中材料、关键工艺及器件封装中的若干基础问题，研究的内容如下：

将工艺力学引入MEMS封装中，提出MEMS封装工艺力学的概念；

系统阐述了封装中基于工艺力学的材料行为、热机特性及封装工艺力学的研究分析方法；

提出了基于MEMS封装工艺力学来分析MEMS封装可靠性问题。

针对微电子MEMS封装中互连材料无铅化的趋势，选择具有实际应用潜力的三种无铅互连材料(Sn96.5Ag3.5，Sn96.5Ag3Cu0.5，Sn99.3Cu0.7(Ni))，分析了它们的温度特性、应变率特性和蠕变特性，为三种无铅互连材料应用于MEMS封装提供了可靠的工艺力学特性数据，与典型含铅焊料比较分析表明三种焊料力学特性方面具有优越性；分析了多次回流对无铅互连材料(Sn96.5Ag3Cu0.5)工艺力学行为和微观组织的影响，为封装中焊点回流可靠性分析提供相关依据；发现界面IMC明显增厚并出现IMC剥离现象是导致多次回流后焊点剪切强度下降原因。 应用工艺力学的原理与方法，以MEMS封装中贴片与键合两种典型工艺为对象，分析贴片工艺中的孔洞缺陷及贴片工艺材料特性对封装可靠性的影

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响；通过实验手段获得材料特性对贴片可靠性的影响，提出基于贴片材料工艺力学特性的粘胶贴片材料选择原则；开展了真空下的静电键合与金硅键合工艺研究，实现了真空下的静电键合与金硅键合工艺；利用贴片工艺材料的选择原则选择压力传感器的贴片材料；通过工艺力学仿真分析，优化实现了压力传感器封装中玻璃堆叠层键合，解决了压力传感器的温漂、滞回等问题。 实现了MEMS微陀螺仪的真空封装工艺并优化了工艺参数；分析了MEMS微陀螺仪封装中影响气密性的因素；通过管壳、焊料、盖板及贴片后器件进行烘烤脱附吸附气体，提高MEMS微陀螺仪的气密保持性；通过MEMS微陀螺真空回流封帽过程的工艺仿真分析，优化回流焊工艺参数且成功实现了MEMS微陀螺仪的真空封帽，焊接界面致密性好，提高了微陀螺的可靠性。应用工艺力学原理和有限元方法分析了不同贴片材料、贴片层厚度对器件灵敏度及可靠性影响；建立了耐高温压力传感器的AuSn共晶焊料贴片工艺，实现了高温压力传感器贴片工艺的一致性，解决了耐高温压力传感器的精度低迟滞大问题，为耐高温压力传感器的批量生产提供了工艺保证。.

3.3 混合集成电路(HIC)和多芯片模块(MCM)的进展

3.3.1 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。

3.3.2 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

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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1005型，LSI封装的引线间距也降到0.3mm。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。

3.4 优质薄膜多层布钱支撑技术和基础技术

3.4.1 支撑技术

1．CAD技术

采用计算机辅助多层布线设计和计算机辅助制版技术，可提高效率、缩短研制周期，使失误减到最小。

2．薄膜技术

薄膜制备方法是将经过清洁处理的绝缘基板，通过真空蒸发、电子束蒸发或溅射等，在上面淀积薄膜导体、薄膜介质和薄膜电阻等，再对它进行光刻，从而获得优质薄膜光刻图形。

3．介质隔离技术

目前薄膜多层布线的隔离介质，主要是高分子有机物，呈肢体状，透过甩胶，获得均匀平坦的膜，有负性光刻胶性能，可用湿法光刻腐蚀或等离子干法腐蚀刻出所需要的层间互连窗口。

4．表面贴装技术(SMT)

被誉为“组装革命”的表面贴装技术将代传统的印刷电路板钻孔插装方法，其特点有：

① 采用无引线片状元器件进行贴装，能达到更高的安装密度，使电子产品实现“轻、薄、短、小”成为可能。

②传统插装方法可在印刷电路板两面进行安装，而SMT同样可在印刷电路板两面贴装。

③用无引线片状元器件贴装，其分布电容、电感很小，减少了互连线的数目和长度，从而提高电路的高频性能，并减少了线路的时间延迟。

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④用无引线片状元器件，不需要安装插孔，便于自动供给和自动安装，工艺简单易行。

⑥用无引线片状元器件的封装形式，可减小电子产品的体积和重量，从而达到高密度组装目的。由于SMT具有接触面积大、组装密度高、重量轻、体积小、可靠性高、性能好等优点，把它引入微电子组装技术将会产生深远的影响。

5．微型焊接技术

微组装成一个组件、部件、分系统或系统，不管什么样的元器件都存在与线路的连接问题。由于元器件小，它的焊接也就特殊，如丝焊、载带焊、回流焊等。

①超声焊

不用焊料和焊剂，针对丝焊，用于裸芯片、COB和倒装(face downbonding)。 ②热超声金丝球焊

不用焊料和焊剂，针对丝焊，用于裸芯片、COB，用焊片还可进行硅芯片焊接。 ③机械热脉冲焊

可用也可不用焊料和焊剂，用于TAB、梁式引线器件 ④回流焊

分汽相、红外和热板焊，可用焊料，用于SMT、倒焊等。 6．封装技术

在这里，封装的概念是广义的，不单是对某个元器件而言，而是对一个组件、部件、分系统和系统而言。当然，由于半导体器件表面钝化技术不断提高，封装作用也不一样。封装除密封作用外，还有屏蔽、机械保护、装璜等作用封装形式多种多样。

3.4.2 基础技术

1．优质薄膜多层布线板

可用作薄膜多层布线的板料较多，这里主要介绍下面四种。 ① 陶瓷基扳

微波领域，要求微波损耗很小，用99．5%三氧化二铝基板，将它研磨抛光，清洗干燥后即可使用。

② 微晶玻璃基板

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