器件微组装工艺技术详细介绍

一、微组装工艺概述

微组装工艺（Micro-Assembly Process）是指对微米/亚微米级微小零件、芯片或元器件进行高精度定位、互连和封装的先进制造技术。它被定义为第五代电子组装技术，是电子封装与组装技术发展到现阶段的代表技术。

"微"字包含两层含义：

• 微型化：元器件尺寸小、结构精密

• 微电子领域：专门针对微电子产品的组装需求

微组装技术是综合运用高密度多层基板技术、多芯片组装技术、三维立体组装技术和系统级组装技术，将集成电路裸芯片、薄/厚膜混合电路、微小型表面贴装元器件等进行高密度互连，构成三维立体结构的高密度、多功能模块化电子产品的一种先进电气互联技术。

二、微组装工艺的核心技术

1. 多层布线基板工艺技术

• 高密度多层印制板工艺技术

• 厚膜多层布线工艺技术：布线网格可达0.1毫米甚至更小

• 薄膜多层布线工艺技术

• 高温共烧多层陶瓷工艺技术

• 低温共烧多层陶瓷工艺技术（LTCC）

• 混合多层布线工艺技术

2. 元器件及基板组装工艺技术

• 焊接工艺技术

• 粘接工艺技术

• 芯片互连工艺技术：丝键合、芯片凸点互连、芯片TSV等

• 清洗工艺技术

3. 组件封装工艺技术

• 模塑封装

• 陶瓷气密封装

• 金属气密封装

三、微组装工艺的关键步骤

1. 基板制备

• 材料选择：陶瓷（Al₂O₃、AlN）、硅、玻璃或高分子材料

• 工艺流程：光刻、蚀刻、薄膜沉积（溅射/电镀）制作精细电路图形

• LTCC基板制造：

• 微孔填孔工艺：确保填孔填实，形成盲孔

• 导体印刷工艺：最小线宽/线间距可达100μm/150μm

• 叠片层压工艺：采用等静压工艺，在70℃和22MPa下压10～15分钟

• 排胶烧结工艺：优化排胶升温速率和保温时间

2. 芯片贴装（Die Attachment）

• 导电胶粘接：银浆/环氧树脂（成本低，适合一般场景）

• 共晶焊：金锡（Au80Sn20）焊料，高温熔化形成可靠合金（高导热/导电）

• 合金贴装法和粘结剂贴装法

• 定位精度：±1～5μm（需精密视觉对准系统）

3. 互连技术

• 引线键合：

• 金丝键合：超声波/热压键合（线径15～50μm，高频适用）

• 铜线键合：低成本、高导热

• 铝带键合：大电流场景（如功率器件）

• 键合方式：球键合和楔键合；热压焊、冷超声、热超声键合

• 倒装芯片技术（Flip Chip）：

• 芯片制作焊球（Bumping）：锡铅（SnPb）或无铅焊料（SAC305）

• 精准对位后回流焊接

• 优势：互连长度短（电感小）、适合高频/高速应用

• 三维集成（TSV技术）：通过硅通孔垂直堆叠芯片，显著提升集成密度

4. 封装与密封

• 气密封装：金属/陶瓷壳体（激光焊或平行缝焊），保护敏感器件

• 非密封封装：环氧树脂模塑（低成本消费电子）

• 密封方式：钎焊密封、平行缝焊密封、激光焊接密封、环氧胶密封

四、微组装关键设备

1. 全自动引线楔焊键合机

• 组成：送丝机构、θ轴、焊接机构和气体冷却系统

• 功能：通过自动送丝机构，利用加压、加热、超声的方式，用金丝作为互连介质，完成芯片与基板之间的引线键合

2. 高精度倒装焊机

• 功能：完成基板和芯片的负压吸取，电路图形的精确对位，以及加热和加压

• 关键部件：多维精密运动平台

• 技术特点：采用空气轴承导向，气膜厚度在10μm以内，保证高定位精度

3. 生瓷带打孔机

• 功能：在生瓷片上形成0.1～0.5mm直径的通孔、方孔或异型孔

• 关键部件：冲孔组件，直接影响孔径大小、位置精度

五、微组装工艺的可靠性挑战

微组装技术的失效模式和退化机理与载荷应力类别和水平密切相关：

1. 温度应力影响

• 长期稳态温度应力可导致微电子器件性能退化

• 长期温变应力可导致表贴焊点低周疲劳开裂

2. 机械应力影响

• 振动应力可导致BGA焊点高周疲劳

3. 潮湿应力影响

• 水汽渗入可导致内装芯片腐蚀

六、微组装技术的应用领域

• 军事领域：雷达、电子对抗、卫星通信等

• 民用领域：无线通信、汽车毫米波雷达等

• 行业应用：电子、航空、航天、船舶、兵器等行业

• 典型产品：微波组件（开关滤波组件、频率源组件、TR组件和上下变频组件）

七、发展趋势与挑战

1. 小型轻型化：满足电子产品向小型化、轻量化发展的需求

2. 高密度三维互连结构：提高集成度和功能密度

3. 宽工作频带、高工作频率：适应高频应用需求

4. 系统级封装：实现更完整的分机/子系统功能

5. 高可靠性：提升产品在恶劣环境下的稳定性

6. 新材料应用：如氮化镓等高效率材料

7. 新技术研究：多基板高密度叠装组件、新的多层细线基板技术、散热技术、不需焊接的微互连技术以及声、光、电结合的微电子组装技术

微组装工艺作为电子先进制造技术水平的重要标志，随着高端电子器件国产化工程的推进，其国产化进程也在加快，对我国电子制造业的发展具有重要意义。

微组装工艺清洗- 锡膏助焊剂清洗剂介绍：

水基清洗的工艺和设备配置选择对清洗精密器件尤其重要，一旦选定，就会作为一个长期的使用和运行方式。水基清洗剂必须满足清洗、漂洗、干燥的全工艺流程。

污染物有多种，可归纳为离子型和非离子型两大类。离子型污染物接触到环境中的湿气，通电后发生电化学迁移，形成树枝状结构体，造成低电阻通路，破坏了电路板功能。非离子型污染物可穿透PC B 的绝缘层，在PCB板表层下生长枝晶。除了离子型和非离子型污染物，还有粒状污染物，例如焊料球、焊料槽内的浮点、灰尘、尘埃等，这些污染物会导致焊点质量降低、焊接时焊点拉尖、产生气孔、短路等等多种不良现象。

这么多污染物，到底哪些才是最备受关注的呢？助焊剂或锡膏普遍应用于回流焊和波峰焊工艺中，它们主要由溶剂、润湿剂、树脂、缓蚀剂和活化剂等多种成分，焊后必然存在热改性生成物，这些物质在所有污染物中的占据主导，从产品失效情况来而言，焊后残余物是影响产品质量最主要的影响因素，离子型残留物易引起电迁移使绝缘电阻下降，松香树脂残留物易吸附灰尘或杂质引发接触电阻增大，严重者导致开路失效，因此焊后必须进行严格的清洗，才能保障电路板的质量。

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