电子组装技术发展探析

张翔

[摘要]近年来，电子组装技术进入了超高速发展时期，并伴随着芯片封装技术的发展而不断前进。逆序电子组装技术、三维立体组装技术的应用使电子组装技术技术向精细化、微组装化、三维化、绿色环保化等方向发展。

[关键词]电子组装技术；逆序电子组装；三维立体组装

[DOI]1013939/jcnkizgsc201550053

电子组装技术是指将电子元器件安装在印制电路板上的焊接技术，包括焊接方法、焊接材料、焊接设备、焊接质量检测等，是一种金属加工工艺，它直接关系到电子产品的品质。随着电子技术的迅猛发展，电子产品已渗透到人类生活的各个领域。由于电子产品的使用范围趋于广泛、工作环境不断复杂，对电子产品的组装工艺要求也越来越高。一是要求布局合理，结构紧凑，以保证对产品技术指标的要求；二是要求工艺不断革新，以适合大批量生产或自动化生产；三是要求操作简单，方便维修；四是要求造型美观大方。随着电子产品小型化、高集成度发展趋势，电子组装技术的发展也是日新月异。

1電子组装发展历程

电子管的问世，引领人类社会进入了全新的发展阶段，并由此宣告了一个新兴行业的诞生，世界从此进入了电子时代[1]。电子管在电子组装时被安装在电子管座上，而电子管座一般则是固定于电路板上，采用引线方式进行器件和电子管座的连接，并要求电子组装线路走线整齐。由于电子管工作时需要高电压，使得电子组装时要充分关注和考虑强电和信号（弱电）的走线以及生产中对人身安全的保障等。

半导体分立器件的出现，使电子技术获得了飞速发展，不仅使人们的生活方式发生了改变，也使人类社会驶入了高科技发展的快车道。有了功能各异、种类繁多、低电压工作的有源器件（半导体分立器件）和小型化的无源器件（电阻、电容等），我们可以将若干个有关联的电子电路单元集成到一块电路板上，于是单面印制板和平面布线技术应运而生，电子组装则可以在单块印制板上进行，从而大大减小了电子产品的体积和重量。随后出现的半自动插装技术以及浸焊装配工艺，使电子产品的生产效率大幅提高，生产成本大幅降低。

半导体集成电路、薄膜集成电路、厚膜集成电路和混合集成电路的出现，普遍采用金属、陶瓷、塑料（DIP、SOIC）封装，使得有源器件的体积进一步小型化，并形成了双面印制板和初始发展的多层印制板，电子组装技术也发展到采用全自动插装和波峰焊技术，电路的接线连接则变得更为简单。

大规模、超大规模集成电路的出现，使得集成电路的集成度越来越高。计算机里的控制核心微处理器和存储器就是超大规模集成电路的最典型实例，超大规模集成电路设计，尤其是数字集成电路，通常采用电子设计自动化的方式进行，已经成为计算机辅助设计技术的重要分支之一。

极大规模电路的出现，是通过微组装电子工艺实现的，其周边引脚采用阵列引脚，整个集成电路则采用球栅阵列密集封装。目前，无源器件发展到表面贴装元件（SMC），集成有源器件也有了表面贴装器件（SMD），并不断向着微型化的方向发展。由于表面贴装元器件（SMC、SMD）是一种无引线或引线很短的适用于表面组装的片式微小新型电子元器件，可通过表面组装技术（SMT）将片式电子元器件贴装在印制电路板表面，再通过波峰焊、再流焊等方法焊装在基板上。其特点是在印制板上可以不打孔，所有的焊接点都处于同一平面上，并继续向窄间距和超窄间距方向发展。

2电子组装发展现状与新技术应用

表面组装技术（SMT）经过几十年的发展，已成为当代电路组装技术的主流。随着微电子技术的不断兴起，电路中电感电容耦合、互连信号延迟、串扰噪声以及电磁辐射等影响越来越大，电路的工作速度以及延迟时间等性能对器件之间的相互连接也提出了更高的要求，高密度封装的IC以及其构成的功能电路已不能满足高性能的要求。众所周知，电子组装技术是伴随着电子器件封装技术的发展而不断更新的，有什么样的器件封装，就会产生什么样的组装技术[2]。随着封装技术的快速发展，电子元器件日益向微小化、片式化、复合化、模块化和基板的内置化方向发展，极大地推动了作为电子组装的主流SMT迈入了后SMT（post-SMT）时代，更为先进的组装技术，如逆序电子组装技术、三维立体组装技术。

21逆序电子组装技术

（1）逆序加成工艺。逆序加成工艺是一种新型的电子组装技术，它完全不需要采用传统的焊料互联和基板，可大大简化电子产品的制造方法。整个制造过程可以在较低的温度下进行，避免经历高温过程，与传统的PCB电子制造工艺相比，逆序加成工艺更适合于高密度、高性能、高可靠性以及对环境损害要求小的电子制造[3]，并可大大节省制造成本。

（2）“Chip in Polymer”工艺。“Chip in Polymer”工艺可以实现在一个板上埋入多个有源芯片的系统级封装。其方法是利用传统的PCB电子组装技术将薄的芯片直接埋入每一层基板中间，芯片与芯片之间的相互连接则通过激光打孔或微孔的金属化来实现。

（3）“Occam”工艺。“Occam”工艺也是一种倒序互联工艺，在其工序中采用了目前常见的、成熟的、低风险的核心处理技术，即使用一种粘性基板，在其上布置电子元器件，使元件的焊盘或引脚向下置于基板上，并用一种塑胶材料封起来，然后将组件翻转过来，使元件的焊盘或引脚向上，利用激光打孔制作出与元件连通的过孔，通过电镀铜和掩膜刻蚀的方法实现电互联。如果需要还可以在最上面再放置元器件，制作出第二层元器件组装层。

逆序加成工艺、“Chip in Polymer”工艺和“Occam”工艺都给出了一个新的电子组装思路，使整个电子制造过程始终处于低温加工中完成，比之前的非焊接的电子产品（如导电胶）具有更高的可靠性和可行性，便于实现3D封装以及其他高密度封装，更适合现代电子产品的要求。电子组装过程中大大减少了需要腐蚀掉铜的量，也符合现代绿色制造的理念，发展前景广阔。

22三维立体组装技术

三维立体组装技术（即3D组装技术）是将组装的IC芯片叠加起来，然后利用芯片的侧面边缘和垂直方向进行互联，从而将水平组装向垂直方向发展为立体组装。三维立体组装不仅使电子产品的组装密度更高（可达200%），也使其功能更多，性能更好，可靠性更高，运行速度更快，相对成本更低，它是目前硅芯片技术的最高水平。当前实现三维立体组装的途径大致有三种：其一是将多芯片组件上下层双叠互联起来构成为3D，此方法称之为叠装型3D结构；其二是采用硅规模集成片作为基板，在其上进行多层布线，最上层再贴装片式元器件，此方法称之为有源基板型3D结构；其三是在多层基板内或多层布线介质中埋放电阻、电容及IC芯片等，并在基板顶端再贴装片式元器件，此方法称之为埋置式3D结构。

3电子组装技术发展趋势

31精细化

随着01005元件（长04mm，宽/厚02mm）、高密度CSP（芯片级封装）的广泛应用，元器件的安装间距将从目前的015mm向01mm发展，SMT工艺上对印制板图形质量、焊膏的印刷精度以及贴片精度提出了更高要求。表面组装技术从设备到工艺都将朝着适应精细化组装要求的方向发展。

32微组装化

目前，MCP（多芯片封装）、SDP（芯片堆叠封装）和SCSP（堆叠芯片尺寸封装）的广泛应用，将迫使电子组装技术跨进微组装时代[4]。元器件組成的复合化，半导体器件封装的三维化和微小型化，促使板级系统组装设计的高密度化，电子组装技术必须加快其自身的技术创新，以适应其微组装发展的需要。

33电路印刷化

并行贴装技术已到了取代串行贴装技术的时候，通过移动的方式将预先搭建的整个系统的薄膜图形转移到基板上，借助“印刷”的方式可以并行地生成整个电路图形，其效果与喷墨或印刷到基板是相似的。

34产品绿色化

产品绿色生产是未来发展的方向和要求。从SMT生产的开端就要考虑环保，通过分析SMT生产过程中可能出现的污染源以及可能造成的污染程度，选择相应的SMT设备以及工艺材料，并制订相应的工艺规范和操作规程，以适时的、合理的、科学的管理方式维护SMT生产线的运行，以满足生产的要求和环保的要求。为此，电子组装新的设备应朝着智能、高效、灵活、环保等方向发展。

随着电路元器件封装技术的不断创新，电子组装技术也在不断地更新，这不但实现了电子产品的薄小与轻便，而且还提高了电子产品的功能与性能。通过减少电子产品组装过程中焊接的元器件数目，不仅大大提高了电子产品的可靠性，而且大幅降低了电子组装过程中的成本。