电子封装课件：电子制造与电子封装

电子制造技术

——电子封装一、课程简介

随着机械和电子学科结合得越来越紧密，使得对电子制造技术的认识变得日益重要。本课程主要针对材料、电子、机械等专业的本科生，内容包括：

微电子制造和微系统封装的现状和发展趋势；

半导体工艺介绍；

微电子封装的主要形式、工艺及主要性能指标；

电子组装技术；

微电子和微系统封装的可靠性分析、测试方法；

通过该课程的学习，学生对微电子制造的过程有所了解，对各自学科专业如何和电子制造相结合有所认识。

教材：“电子制造技术基础”，吴懿平主编，机械工业出版社，2005出版“FundamentalsofMicrosystemsPackaging”,RaoR.Tunmmala,McGRAE-HILL,2001.（中文翻译版已由东南大学出版社出版）参考资料：“TheElectronicPackagingHandbook”,Ed.Blackwell,CRCPressLLC,2000.“电子封装工程”，田民波编著，清华大学出版社，2003.“现代微电子封装技术”。

几点建议：1、本课程涉及大量的新名词，很多是英文缩写。

注意这些名词与概念的对应！2、本课程目的是初步了解电子产品制造的全过程。其中涉及机械、电子、材料、信息、化学、物理化学等多个学科领域。

注意学习材料与微电子在这一过程中的结合！

3、目前电子制造技术本身发展很快，其他书籍或网络上能获取大量相关信息。

课后的大量阅读！SMT：SurfaceMountTechnology-表面贴装技术IC：IntegratedCircuit-集成电路块1、基本IC类型

(1)、SOP(SmalloutlinePackage):零件两面有脚，脚向外张开（一般称为鸥翼型引脚）.

(2)、SOJ(SmalloutlineJ-leadPackage):零件两面有脚，脚向零件底部弯曲（J型引脚）。

(3)、QFP(QuadFlatPackage):零件四边有脚，零件脚向外张开。

(4)、PLCC(PlasticLeadlessChipCarrier):零件四边有脚，零件脚向零件底部弯曲。

(5)、BGA(BallGridArray):零件表面无脚，其脚成球状矩阵排列于零件底部。

(6)、CSP（CHIPSCALPACKAGE）：零件尺寸包装。

SMT英文缩写词汇解析

AI:Auto-Insertion自动插件

AQL:acceptablequalitylevel允收水准

ATE:automatictestequipment自动测试

ATM:atmosphere气压

BGA:ballgridarray球形矩阵

CCD:chargecoupleddevice监视连接组件(摄影机)

CLCC:Ceramicleadlesschipcarrier陶瓷引脚载具

COB:chip-on-board芯片直接贴附在电路板上

cps:centipoises(黏度单位)百分之一

CSB:chipscaleballgridarray芯片尺寸BGA

CSP:chipscalepackage芯片尺寸构装

CTE:coefficientofthermalexpansion热膨胀系数

DIP:dualin-linepackage双内线包装(泛指手插组件)

FPT:finepitchtechnology微间距技术

FR-4:flame-retardantsubstrate玻璃纤维胶片(用来制作PCB材质)

IC:integratecircuit集成电路

IR:infra-red红外线

Kpa:kilopascals(压力单位)

LCC:leadlesschipcarrier引脚式芯片承载器

MCM:multi-chipmodule多层芯片模块

MELF:metalelectrodeface二极管

MQFP:metalizedQFP金属四方扁平封装

NEPCON:NationalElectronicPackageand

ProductionConference国际电子包装及生产会议

PBGA:plasticballgridarray塑料球形矩阵

PCB:printedcircuitboard印刷电路板

PFC:polymerflipchip

PLCC:plasticleadlesschipcarrier塑料式有引脚芯片承载器

Polyurethane聚亚胺酯(刮刀材质)

ppm:partspermillion指每百万PAD(点)有多少个不良PAD(点)

psi:pounds/inch2磅/英吋2

PWB:printedwiringboard电路板

QFP:quadflatpackage四边平坦封装

SIP:singlein-linepackage

SIR:surfaceinsulationresistance绝缘阻抗

SMC:SurfaceMountComponent表面黏着组件

SMD:SurfaceMountDevice表面黏着组件

SMEMA:SurfaceMountEquipment

ManufacturersAssociation表面黏着设备制造协会

SMT:surfacemounttechnology表面黏着技术

SOIC:smalloutlineintegratedcircuit

SOJ:smallout-linej-leadedpackage

SOP:smallout-linepackage小外型封装

SOT:smalloutlinetransistor晶体管

SPC:statisticalprocesscontrol统计过程控制

SSOP:shrinksmalloutlinepackage收缩型小外形封装

TAB:tapeautomaticedbonding带状自动结合

TCE:thermalcoefficientofexpansion膨胀(因热)系数

Tg:glasstransitiontemperature玻璃转换温度

THD:Throughholedevice须穿过洞之组件(贯穿孔)

TQFP:tapequadflatpackage带状四方平坦封装

UV:ultraviolet紫外线

uBGA:microBGA微小球型矩阵

cBGA:ceramicBGA陶瓷球型矩阵

PTH:PlatedThruHole导通孔

IAInformationAppliance信息家电产品

MESH网目

OXIDE氧化物

FLUX助焊剂

LGA(LandGridArry)封装技术

LGA封装不需植球，适合轻薄短小产品

应用。

TCP(TapeCarrierPackage)

ACFAnisotropicConductiveFilm异方性导电胶膜制程

Soldermask防焊漆

SolderingIron烙铁

Solderballs锡球

SolderSplash锡渣

SolderSkips漏焊

Throughhole贯穿孔

Touchup补焊

Briding穚接(短路)

SolderWires焊锡线

SolderBars锡棒

GreenStrength未固化强度(红胶)

TransterPressure转印压力(印刷)

ScreenPrinting刮刀式印刷

SolderPowder锡颗粒

Wettengability润湿能力

Viscosity黏度

Solderability焊锡性

Applicability使用性

Flipchip覆晶

DepanelingMachine组装电路板切割机

SolderRecoverySystem锡料回收再使用系统

WireWelder主机板补线机

X-RayMulti-layerInspectionSystemX-Ray孔偏检查机

BGAOpen/ShortX-RayInspectionMachineBGAX-Ray检测机

PrepregCopperFoilSheeterP.P.铜箔裁切机

FlexCircuitConnections软性排线焊接机

LCDReworkStation液晶显示器修护机

BatteryElectroWelder电池电极焊接机

PCMCIACardWelderPCMCIA卡连接器焊接

LaserDiode半导体雷射

IonLasers离子雷射

Nd:YAGLaser石榴石雷射

DPSSLasers半导体激发固态雷射

UltrafastLaserSystem超快雷射系统

MLCCEquipment积层组件生产设备

GreenTapeCaster,Coater薄带成型机

ISOStaticLaminator积层组件均压机

GreenTapeCutter组件切割机

ChipTerminator积层组件端银机

MLCCTester积层电容测试机

ComponentsVisionInspectionSystem芯片组件外观检查机

HighVoltageBurn-InLifeTester高压恒温恒湿寿命测试机

CapacitorLifeTestwithLeakageCurrent电容漏电流寿命测试机

TapingMachine芯片打带包装机

SurfaceMountingEquipment组件表面黏着设备

SilverElectrodeCoatingMachine电阻银电极沾附机

TFT-LCD(薄膜晶体管液晶显示器)笔记型用

STN-LCD(中小尺寸超扭转向液晶显示器行动电话用

PDA(个人数字助理器)

CMP(化学机械研磨)制程

Slurry研磨液

CompactFlashMemoryCard(简称CF记忆卡)MP3、PDA、数字相机

DataplayDisk微光盘

SPS交换式电源供应器

EMS专业电子制造服务

HDIboard高密度连结板指线宽／线距小于4／4mil，微小孔板（Micro-viaboard），孔俓5-6mil以下

PuddleEffect水沟效应早期大面积松宽线路之蚀刻银贯孔(STH)铜贯孔(CTH)

DepanelingMachine组装电路板切割机

NONCFC无氟氯碳化合物。

Supportpin支撑柱

F.M.光学点

ENTEK裸铜板上涂一层化学药剂使PCB的pad比较不会生锈

QFD品质机能展开

PMT产品成熟度测试

ORT持续性寿命测试

FMEA失效模式与效应分析

TFT-LCD(薄膜晶体管液晶显示器)(Liquid-CrystalDisplaysAddressedbyThin-FilmTransistors)

导线架（LeadFrame）单体导线架（DiscreteLeadFrame）及积体线路导线架（ICLeadFrame）二种

ISP(InternetServiceProvider)指的是网际网络服务提供

ADSL即为非对称数字用户回路调制解调器

SOPStandardOperationProcedure（标准操作手册）

DOEDesignOfExperiment（实验计划法）

WireBonding打线接合

TapeAutomatedBonding,TAB卷带式自动接合

FlipChip覆晶接合

JIS日本工业标准

ISO国际认证

M.S.D.S国际物质安全资料

FLUXSIR加湿绝缘阻抗值

二、微电子制造的现状

电子工业已经成为世界上最大的工业；是一个国家繁荣的核心工业；决定电子工业增长速度的关键：半导体、半导体封装、显示器、存贮器、软件、系统。从不惜代价的研发转向面大量广的消费类应用的研发。微电子技术改变着我们的生活：

烟盒大小的MD、MP3播放机、数字录音笔、掌上型电脑、具有通讯功能的电子手表、护照般大小的数字摄像机、超小型移动电话等，正在走进我们的生活，甚至成为人们的日常用品。新一代个人移动电子装置更将无线通讯、高密度彩显与电脑集为一体。MD(MiniDisc)playerPDA(PersonalDigitalAssistant)手腕照相机移动电话汽车第一讲

电子制造与电子封装一、制造、电子制造、电子封装的概念制造：Manufacture制造是一个涉及制造工业中产品设计、物料选择、生产计划、生产过程、质量保证、经营管理、市场销售和服务的一系列相关活动和工作的总称。（广义的定义，国际生产工程学会）从原材料或半成品经过加工和装配后形成最终产品的过程，即产品的加工工艺过程。（狭义的定义）Longman词典对“制造”(Manufacture)的解释为“通过机器进行(产品)制作或生产，特别是适用于大规模、大批量的方式运作”（狭义）制造涉及的领域远非局限于机械制造，包括了机械、电子、化工、轻工、食品和军工等行业制造不是仅指具体的工艺过程，而是包括市场分析、产品设计、生产工艺过程、装配检验和销售服务等在内的产品整个生命周期过程

广义的制造技术涉及生产活动的各个方面和全过程，是从产品概念到最终产品的集成活动和系统狭义理解的制造技术主要涉及产品的加工和装配工艺及过程机械制造：狭义的机械制造被理解为经加工和装配形成机械产品的过程，包括毛胚制作、零件加工、检验、装配等，其重点是机械加工和装配工艺。广义的机械制造应该包括机械产品从市场分析、经营决策、工程设计、加工装配、质量控制、销售运输直至售后服务的全过程。电子制造（electronicmanufacture）电子产品硬件的物理实现过程（从硅片到电子产品）半导体工艺

引线键合技术载带自动焊技术倒装芯片技术通孔安装技术表面安装技术接插、导线连接等元器件单晶硅片

晶片产品系统板卡前道工序后道工序椭圆部分又称为电子封装（electronicPackaging）晶片的制造则称为半导体制造（semiconductormanufacture）

广义的电子制造也包括电子产品从市场分析、经营决策、工程设计、加工装配、质量控制、销售运输直至售后服务的全过程。狭义的电子制造则是指电子产品从硅片开始到产品系统的物理实现过程。电子封装从电路设计的完成开始，将裸芯片（chip）、陶瓷、金属、有机物等物质制造（封装）成芯片、元件、板卡、电路板，最终组装成电子产品的整个过程半导体制造利用微细加工技术将各单元器件按一定的规律制作在一块微小的半导体片上进而形成半导体芯片的过程，也称为集成电路制造。

半导体制造的前道工序和后道工序二者以硅圆片（wafer）切分成晶片（chip）为界，在此之前为前道工序，在此之后为后道工序。所谓前道工序是从整块硅圆片人手，经过多次重复的制膜、氧化、扩散，包括照相制版和光刻等工序，制成三极管、集成电路等半导体元件及电极等，开发材料的电子功能，以实现所要求的元器件特性。所谓后道工序是从由硅圆片切分好的一个一个的小晶片入手，进行装片、固定、键合连接、塑料灌封、引出接线端子、检查、打标等工序，完成作为器件、部件的封装体，以确保元器件的可靠性并便于与外电路连接。电子设计、半导体制造与电子封装等已经构成三个相对独立的电子产业。而半导体制造和电子封装则构成电子制造。电子封装涉及的范围广、带动的基础产业多、与之相关的基础材料和工艺装备更是“硬中之硬”，亟待迅速发展。电子产品分类：

消费类电子产品 计算机和通信电子产品 军用电子产品

卫星电子产品

电子产品的总成结构零级封装—就是晶片级的连接，其方法主要有引线键合（WireBonding）

、载带自动键合（TAB,TapeAutomatedBonding）和焊球植入（SolderBumping）三种。其中以焊球植入技术（倒装芯片）提供的封装密度最高。一级封装就是集成电路（IC）元件的封装.其中球栅阵列封装（BGA,BallGridArray）技术为主流技术。二级和三级封装就是将IC、阻容元件、接插件以及其他的元器件安装在印刷电路板上，并组成为整机的技术。二级封装主要有通孔组装技术（THT,ThroughHoleTechnology）和表面安装技术（SMT,SurfaceMountingTechnology）两种，且后者是电子制造领域的主流技术。封装的级别0级1级芯片元器件/模块2级封装3级封装板卡母板电子封装提供如下主要作用： 信号互连 功率分配 机械支撑和保护 散热处理/存储信息（功用）保证一定服役条件下的

质量、服务性、可靠性成本以及对功用的影响容限。二、电子封装的发展耳机与视觉MD、MP3、MP4手腕电子产品手提电脑医疗电子移动电话、掌上电脑身份识别

小型化

超轻

高性能多功能高集成低能耗低成本

…电子封装器件发展趋势CSPSOPSOJS-SOPTSOPTQFPTABPLCCQFPDIP/PGABGAMCM小尺寸多引脚轻重量、小尺寸年1970s1980s1990s2000-2010系统级封装：SOP

高密度封装的电子产品日益普及，已经成为人们的必需电子产品的功能越来越多、性能越来越强、体积越来越小、重量越来越轻电子产品向多功能、高性能和小型化、轻型化方向迅猛发展绿色制造成为优先考虑的因素高密度封装从出现到成为主流只花了不到5年的时间，发展之迅速，所料不及，给我们带来了非常好的发展机会值得注意的动向在美国，落后于半导体芯片技术的封装技术正在奋起直追，研发先进的封装工艺与装备，再次占领电子工业的新的制高点；在欧洲，更加注重电子封装和电子设计，将电子封装视为成败的关键；在日本，已经形成了国家、企业和研究机构的联合舰队，大力发展电子封装技术和装备，成为电子封装装备的输出国在韩国，举全国之力研发新一代封装技术和装备，并跻身成为封装设备的输出国互连的结构和工艺技术发展ICDIP/PGAPWBICQFPPWBICBGAPWB（c）90年代是BGA和MCM的时代表面安装技术倒装芯片技术（a）60~70’s，是DIP与插装的时代双列直插封装（DIP,DoubleInlinePackage）;针栅阵列封装（PGA,PinGridArray）引线键合技术通孔焊接技术（b）80’s，是QFP和SMT的时代引线键合、TAB技术表面安装技术四边引线扁平封装（QFP,QuadFlatPackage）多芯片模块（MCM,MultiChipModule）（d）21世纪的封装集成

(乔治亚理工大学提出)

小型化多应用柔性化热可靠电磁干扰（EMI）高密度互连（HDI）高速低成本电子封装技术引线键合载带自动焊倒装芯片

通孔安装

表面安装连接器和接插其它技术三级封装一级封装二级封装封装级别分类三、先进电子制造系统概述电子产品硬件的物理实现过程（从硅片到电子产品）前道工序后道工序单晶硅片

晶片半导体工艺

元器件板卡产品系统引线键合TAB倒装芯片通孔安装表面安装接插、导线连接等电子封装电子组装广义的电子封装（1）前道工序（将在第二部分介绍）

这一部分介绍如何从硅原材料制作成带有不同功能的晶片（Chip）的过程。它包括的半导体工艺有：

晶圆（Wafer）制作；

氧化（Oxidation）；

化学气象淀积（ChemicalVaporDeposition）；

光刻（Lithography）；

掩模（Mask）制作

离子注入（IonImplanting）；

扩散(Diffusion)；

溅射（Spluttering）；

等…（2）后道工序、电子组装

晶圆流片后，随后的划片、贴片、封装等工序被称为后道工序。其中，电子封装（ElectronicPackaging）是其核心。

电子封装是伴随着电路、器件和元件的产生而产生的，并且随其发展而发展，最终发展成当今的封装行业。电子封装的四个功能：

为半导体芯片提供机械支撑和环境保护；

接通半导体芯片的电流通路；

提供信号的输入和输出通路；

提供热通路，散逸半导体芯片产生的热。

电子封装直接影响着:

电子产品的电、热、光和机械性能电子产品的可靠性和成本电子产品与系统的小型化。要求电子封装应具有:

优良的电性能、热性能、机械性能和光学性能高的可靠性和低的成本无论在军用电子元器件中，或是民用消费类电路中，电子封装具有举足轻重的地位，概括起来就是基础地位、先行地位、制约地位封装和组装一般可分为四个层次，即

零级封装

—

晶片层次上的互连；

一级封装

—

芯片（单芯片或多芯片）上的I／O与基板互连；

二级封装

—

集成块（封装体）连入PCB或板卡（Card）上；

三级封装

—

电路板或卡板连入整机母板上。零级和一级封装称为电子封装（ElectronicPackaging）（技术）；把二级和三级封装称为电子组装（ElectronicAssembly）（技术）。封装技术的应用晶片级封装引线键合WireBonding(WR)（主导地位）载带自动焊TapeAutomatedBonding(TAB)倒装芯片FlipChip(FC)芯片焊盘楔形键合球形键合小外形封装（SOP，SmallOutPackage）WB封装实例树脂封模晶片金线引线键合引脚TAB封装实例载带晶片FC封装实例－凸点金钉头凸点金（Au）凸点镍（Ni）凸点共晶焊料凸点铟（In）凸点FC封装示意图完成2级封装过程完成1级封装过程球栅阵列芯片凸点底部填充芯片基板电子封装发展简史：

1947年世界发明第一只半导体晶体管，同时也就开始了电子封装的历史。

50年代以三根引线的TO型外壳为主，工艺主要是金属玻璃封接工艺。与此同时发明了生瓷流延工艺，为以后的多层陶瓷工艺的发展奠定了基础。

1958年发明第一块集成电路，它推动了多引线外壳的发展，工艺仍以金属-玻璃封接工艺为主。

60年代发明了DIP(DualIn-linePackage)外壳，即双列直插引线外壳。由于这种外壳的电性能和热性能优良，可靠性高，使它们倍受集成电路厂家的青睐，发展很快，在70年代成为系列主导产品，4～64只管脚均开发出产品。

由于陶瓷DIP的成本问题，又开发出塑料双列直插（PDIP）外壳。这种外壳由于成本低，便于大量生产，所以得到迅速的发展，乃至延续至今。

80年代，表面安装技术(SMT,SurfaceMountTechnology)被称作电子封装领域的一场革命，得到非常迅猛的发展。与之相适应，发明了一系列用于表面安装技术的新的电子封装形式，如无引线陶瓷片式载体（LCCC，LeadlessChipCeramicCarrier）、塑料有引线片式载体（PLCC，PlasticLeadedChipCarrier）和四边引线扁平封装（QFP，QuadFlatPackage），于80年代初达到标准化并投入生产。由于密度高、引线节距小、成本低和适于表面安装，使四边引线塑料扁平（PFP）封装成了80年代的主导产品。

90年代，集成电路发展到超大规模阶段，要求电子封装的管脚数越来越多，管脚节距越来越小，从而电子封装从四边引线型（如四边扁平封装，QFP,QuadFlatPackage等）向平面阵列型（针栅阵列，PGA,PinGridArray）封装发展。

90年代初发明了球栅阵列（BGA，BallGridArray）封装．目前正处于爆炸发展阶段。是电子封装领域的又一场革命。与此同时，国际上Si的12英寸片已投产，投资阈值越来越大，国内也上了几家8英寸的厂。由于6英寸以下Si片的大规模生产成本大大降低，因此集成电路以BGA技术为基本形式迅速发展。例如向着多芯片组件（MCM，MultiChipModule）发展，即把多块裸露的集成电路芯片以到装焊的方式安装在一块多层布线衬底上，并封装在同一外壳中。发展势头只增不减，已形成MCM－C、MCM-D、MCM－I等几种类型。封装技术发展史—飞速发展的电子工业史

芯片的封装技术从DIP、QFP、PGA、BGA到Flip-Chip（倒装芯片）、CSP（ChipScalePackaging）再到MCM芯片面积与封装面积之比越来越接近于1。双列直插式（DIP）四边扁平式（QFP）针栅阵列球栅阵列倒装芯片单列直插式（SIP）小外形封装（SOP，SmallOutPackage）DlP---Standard(DualIn-linePackage)Theyaremostwidelyused.Theleadpitchis2.54mm(100mil),andthespacingbetweenterminalrowsis300,400,or600mil.DIP—Skinny膜状的StandardDIPswithspacingbetweenterminalrowsof7.62mm(300mil)andwith20ormorepins.DIP—Shrink缩小StandardDIPswithaleadpitchreducedto1.778mm(70mil).TheyaresmallerinexternalsizethanstandardDIPsandsuitedtocompactelectronicequipmentusinghigh-pin-densityICpackages.ZIP(ZigzagIn-linePackage)Featuredbytheleadswhicharedrawnoutfromeachpackagebodyintoasinglerowtoallowverticalmountingwithaleadpitchof1.27mm(50mil).TheleadsofeachpackageareZigzagfolded,withinthepackagesurfacethickness,intotworows.TheZigzagfoldingincreasestheleadpitchineachrowto2.54mm(100mil).陶瓷封装ICStandardDIPHermeticceramicpackage.Theleadpitchis2.54mm(100mil)andthepackagebodyismadeofceramics.Metalorglassmaybeusedasasealingmaterial.PGA(PinGridArray)Featuredbytheleadswhicharedrawnoutverticallyfromeachpackagebodyandarrangedonthespecifiedgrid.Thepackagebodyismadeofceramics,andthestandardleadpitchis2.54mm(100mil).PGApackagesaresuitedtomulti-pinpackaging.小外形封装SOP(SmallOutlineL-Leaded引线Package)Characterizedbygull-wingtypeleadswhicharedrawnoutfromeachpackagebodyintwodirections,andcanbemountedflat.Thestandardleadpitchis1.27mm(50mil).SSOP(ShrinkSmallOut-lineL-LeadedPackage)SOPpackageswithaleadpitchoflessthan1.27mm(50mil)arecalledSSOP.四边引线扁平封装QFP(QuadFlatL-Leaded引线Package)Characterizedbygull-wingtypeleadswhicharedrawnoutfromeachpackagebodyinfourdirections,andcanbemountedflat.TherearevariousQFPsavailablebecausetheleadpitchisvariableandthedimensionsofthepackagebodyfixed.SOJ(SmallOutlineJ-Leaded引线Package)PackagesarecharacterizedbyJ-shapedleadswhicharedrawnoutfromeachpackagebodyintwodirections,andcanbemountedflat.Thestandardleadpitchis1.27mm(50mil).QFJ[塑料短引线芯片载体PLCC:PlasticLeadedChipCarrier](QuadFlatJ-LeadedPackage)PackagesarecharacterizedbyJ-shapedleadswhicharedrawnoutfromeachpackagebodyinfourdirections,andcanbemountedflat.Thestandardleadpitchis1.27mm(50mil).BGA(BallGridArray/FinePitchBGA)Packagesaresurfacemountingpackagewithsolderballarraysonbacksidesurfaceofprintedcircuitboard(PCB).性能发展：

适用频率越来越高耐温性能越来越好引脚数增多间距减小重量减小可靠性提高使用更加方便20年间CPU的变化：

从Intel4004、80286、386、486发展到Pentium、PII、P3、P4；

位数从4位、8位、16位、32位发展到64位；主频从几兆到今天的2GHz以上；

CPU芯片里集成的晶体管数由2000个跃升到千万个。集成电路的规模:

小规模集成（SSI，SmallScaleIntegration）、MSI（Medium）、LSI（Large）、VLSI（Very-large）、ULSI（Ultra-large）；

封装引脚(I/O)：从几十根，逐渐增加到几百根，到目前的2千根以上。

电子封装的发展特点:1）向高密度发展

LSI和VLSI集成度越来越高，要求封装的管脚数越来越多，管脚节距越来越小，因此封装难度越来越大。目前，陶瓷外壳CCGA已达1089pin，CBGA已达625pin，节距已达0.5mm，PQFP已达376pin，TBGA已达1000pin以上。2）向表面安装技术发展

国际上表面安装技术发展很快，据统计，1988年SMT约占17.5％，1993年占44％，1998年占75％。传统的双列直插封装所占份额越来越小，取而代之的是表面安装类型的封装，如有引线塑料片式载体、无引线陶资片式载体、四边引线塑料扁平封装、塑料球栅阵列封装和陶瓷球栅阵列封装等，尤其以PQFP和BGA两种类型为代表。3）从单芯片封装向多芯片封装发展

MCM起步于90年代初、由于MCM的高密度、高性能和高可靠而倍受青睐。世界各国在近几年纷纷投入巨资，如美国政府4年投入5亿美元，IBM在10年内投入10亿发展MCM。目前最高水平的MCM－C是IBM的产品，200mm见方、78层、300多万通孔、1400米互连线、1800只管脚、200W功耗。4）从陶瓷封装向塑料封装发展在陶瓷封装向高密度、多引线和大功耗发展的同时，越来越多的领域被塑料封装所取代，而且，新的塑料封装形式层出不穷，目前以PQFP和PBGA为主，全部用于表面安装，这些塑料封装占领着90％以上的市场。5）先发展后道封装再发展芯片

这是一个成功的经验，与芯片制造相比，后道封装投入较小，而且见效快。元器件发展趋势

TOTO SIPDIP

SIPCSPBGAQFPPGA

SOP尺寸减小、重量减小、面阵列、引脚增多、功能增多、可靠性提高、成本降低、操作方便

电子封装器件发展趋势小尺寸多引脚轻重量、

小尺寸封装的硅效率面阵列封装引发了封装技术的革命封模实例（3）电子组装技术两种主要的组装技术：

1)通孔组装技术THT2)表面组装技术SMTPCB基板焊接点表面安装元件通孔插装元件PCB板(PrintedCircuitBoard）通孔插装技术(THT,ThroughHoleTechnology)表面贴装技术(SMT,SurfaceMountTechnology)通孔插装及波峰焊表面安装与回流焊焊接点四、电子封装设备主要内容电子制造过程与主要设备类型电子制造关键设备及技术（光刻机、贴片机）现代电子制造装备的发展趋势与特点

电子基础制造其他元器件制造微电子制造PCB制造电子材料料真空电子器件半导体分立器件光电器件电子组装制造板卡级制造（PCB组件制造）整机装配应用系统的组装电子制造的分类电子制造物料与装备体系电子制造物料与装备是电子制造产业的硬件基础，是制造各种满足人类社会需求的电子产品的物质前提，电子制造物料包括电子产业链最前端的电子材料、中间产品电子元器件以及实现电子元器件组装连接的基板。电子制造装备指制造过程中使用的各种机器设备、工装夹具和工具等，电子制造物料与装备共同构成电子制造产业的硬件基础。电子制造物料与装备体系在电子物料中，材料处于最前端，它既是制造包括集成电路在内的各种电子元器件和承载元器件的电子基板的原料，也是构成电子整机必不可少的各种功能件和结构件的原料，同时还是元器件、基板以及整机制造工艺中不可或缺的工艺材料的原材料。电子元器件是电子产品的基本组成单元，其技术水平和可靠性直接决定电子产品的质量与性能，是电子信息产业的基础支撑产业。电子元器件无处不在，不论是日常的消费电子产品还是工业用电子设备，都是由基本的电子元器件构成的。电子元器件介于电子整机行业和原材料行业之间，其特点是是所生产的产品与最终产品之间无直接的对应关系，参与多个价值链的形成。电子基板与电子元器件一样，是电子产品子产品的基本组部分，其技术的水平直接决定电子产品的结构、性能和组装制造的效率，电子产品的每次升级换代，无论是微小型化还是多功能化，都离不开电子基板技术的支撑。电子制造基础硬件中，除了物料之外就是装备。电子制造装备跨越整个电子产业链，无论前端的电子材料制备、中间的元器件和基板制造，还是最终的整机产品组装制造，都离不开相应的制造装备。装备是电子制造硬件的一个重要内容，尤其是对于现代电子制造而言，没有先进的装备不可能制造出现代化电子产品。了解现代电子制造装备及其发展，无论对于把握电子产业全局还是专注某一领域都是非常必要的。现代电子制造业发展说明，没有相应的现代化半导体制造装备，根本不可能制造出各种芯片；没有高效率的先进电子组装设备，产品根本无法在市场上参与竞争。从某种意义上说，制造装备是决定电子制造产业强弱成败的一个关键因素。我国已经成为电子制造大国，成为众人皆知的电子产品世界工厂。但是我国庞大的电子制造产业所用制造装备，相当大的比例依赖进口，特别是高端装备，例如高精度光刻机、SMT组装贴片机以及光电子装备等对产业发展起关键性作用的设备，完全依赖进口。现代电子制造装备横跨电子、机械、自动化、光学、计算机等众多学科，涉及精密视觉检测、高速高精度控制、精密机械加工、计算机集成制造等核心技术，是典型的机光电一体化高科技领域。现在我国IC产业的高速扩张、电子组装制造业持续高速发展以及光伏和半导体照明迅速兴起，为电子制造装备带来了广阔的发展空间。具有自主知识产权、国际先进水平的电子制造装备必将在中国大地开花结果。1．半导体制造装备（1）硅单晶制造设备，包括硅单晶制造设备、圆片整形加工研削设备、切片设备、取片设备、磨片设备、抛光设备和各种检验设备等；（2）电路设计及CAD设备，包括计算机系统、各种输入输出设备和各种软件等；（3）制板设备，包括图形发生器、接触式打印机、抗腐剂处理设备、腐蚀设备、清洗备和各种检验设备等。

单晶硅锭生长的提拉法工艺（a）晶体提拉之前的初始装置（b）晶体提拉形成晶棒的过程

硅锭成形的外圆磨削操作（a）一个可实现对直径和外圆控制的外圆磨削（b）圆柱体上磨削出的一个平面

采用金刚石砂轮的切割锯切硅晶片

硅晶片处理的两个步骤（a）轮廓磨削以便磨圆硅晶片边缘（b）表面抛光（4）芯片制造设备，包括光刻设备（曝光设备、涂膜、显影设备、腐蚀设备等）、清洗设备、掺杂设备（离子注入设备、扩散炉）、氧化设备、CVD（化学气相沉积）设备、溅射设备、各种测试检测分析评价设备等；（5）封装与测试设备，包括组装设备（划片设备、键合设备、塑封设备、老化设备）、试验设备（验漏、测试、数据处理设备、环境试验设备）等；（6）半导体工程设备，包括净化室、净化台、晶圆标准机械接口箱、自动搬送设备和环境控制设备（超净水制造、废气处理、废液处理、精制设备、分析设备、探测器）等。

刻蚀与光刻机等离子体刻蚀机光刻机2．电真空器件及平板显示器生产装备显像（显示）管制造设备；真空开关管制造设备；液晶显示器件制造设备；PDP制设备；VFD（真空荧光显示屏）制造设备；电子枪制造设备等。

大幅丝网印刷机3．电子元件及机电组件生产装备包括线束线缆设备，电阻器、电容器和电感器制造设备，敏感组件制造设备，传感器制造设备，晶体振荡器制造设备，滤波器制造设备，频率器件制造设备，磁性材料及元件制造设备，电子变压器制造设备，开关制造设备，接插件制造设备，微特电机制造设备，继电器制造设备，电声器件制造设备，电池生产设备，陶瓷材料设备，线圈制造设备等。4．印制电路板生产装备包括基板加工设备，压合设备，钻孔成形设备，湿制程设备，丝印设备，检测设备，电镀设备，喷锡设备，压膜机，曝光机，显影机，制板机，烘烤制程自动线以及环境工程设备等。5．组装及整机装联设备包括SMT焊膏印刷机，喷涂设备，点胶设备，自动插件机，贴片机，接驳台，上下机，回流焊机，波峰焊机，炉温测量仪，清洗设备，返修设备，自动光学检测设备（AOI），自动X射线检测设备（AXI），环境设备，各种辅助设备（零件编带机、钢网清洁机、焊膏搅拌机、锡膏测试仪、元器件及印制电路板烤箱、锡渣还原机等），氮气设备，电缆加工及检测设备等。波峰焊设备自动光学检测设备SMT设备高速贴片机表电子制造设备分类表电子制造材料工程基体工程装配工程测试工程电子元器件制造浆料制备球磨机超细粉碎机粘接剂制备振动筛丝网印刷机挤制设备迭片印刷机切块机烧结炉排粘机激光调阻机涂端头机烧银炉导线成形机自动插片机焊接机模塑包封机激光打标机装袋机编带机自动测试机容量分类机综合测量仪老化机温测仪集成电路制造单晶炉划片机研磨机等离子清洗机气相磊晶光刻机电子束曝光机扩散炉等离子体硅蚀刻反应离子蚀刻晶圆挂、喷镀设备引线框架电镀线|芯片切割机贴膜机固晶机引线键合机载带键合机倒装焊接键合机平行封焊机真空液晶灌注机整平封口设备激光打标机自动探针测试测厚仪可焊性测试仪老化机电子制造材料工程基体工程装配工程测试工程电子整机产品制造与电子元器件制造中的材料工程类似PCB曝光机贴膜机热压机PCB钻孔机电镀系统热风带平机裁扳机印刷机自动插件机贴片机波峰焊机选择性波峰焊机再流焊炉通孔再流炉焊机ICT飞针ICTAIO激光系统AXI测厚仪可焊性测试仪厚膜混合集成电路制造与电子元器件制造中的材料工程和基体工程相似采用SMT/THT组装装配过程微组装技术与集成电路制造中的材料工程和基体工程相似可采用SMT/THT组装装配过程6．其他装备（1）环境与试验设备包括高低温／恒温试验设备，湿热试验设备，干燥（老化）试验设备，防护（例如防砂／防尘／盐雾／防水等）试验设备，冲击试验设备，振动试验设备，无损检测仪器，电磁兼容测试仪，力学试验设备等。（2）防静电装备包括防静电生产装备（防静电台车、台垫、周转箱、周转架、元件盒、坐椅等），防静电离子设备（离子风机、离子风帘等），防静电地板，防静电测试设备（静电场测试仪、表面电阻测试仪、手腕带测试仪等）以及静电消除器等。（3）超声波设备包括超声波电镀设备，超声波清洗机，超声波焊接设备（塑焊机、熔接机、点焊机等），超声波清洗干燥机，超声波冷水机，超声波熔断机等。（4）净化设备包括电磁屏蔽设备，气体（氢、氧、氮等）纯化设备，空气净化设备，水纯化设备，无尘室设备，废水、废气处理设备等。（5）激光设备包括激光画线机，激光雕刻机，激光焊接机，激光切割机，激光打孔机，激光打标机，激光剥线机，激光测距仪等。（6）专业工具包括手工焊接工具（电烙铁、热风枪、锡炉等），压接工具以及电动螺丝刀等。电子封装关键设备光刻机与贴片机分别是集成电路制造和组装制造的关键设备，而集成电路制造和组装制造则是电子制造产业中最关键、规模最大的两个行业，因此行业中通常以拥有这两种设备的数量和水平，作为衡量一个国家或地区的半导体制造和电子整机制造能力和水平的标志。光刻机与贴片机横跨电子、机械、自动化、光学、计算机等众多学科，涉及精密光电子、高速高精度控制、精密机械加工、计算机集成制造等核心技术，是典型的机光电一体化高科技领域产品。特别是光刻机处于整个电子产业技术发展的制高点上，对于实现由电子制造大国向电子制造强国的转变至关重要。1.光刻机（1）光刻技术与光刻机光刻技术作为半导体产业的核心技术，在半个世纪的进化历程中为整个产业的发展提供了最为有力的技术支撑。集成电路已经从20世纪60年代的每个芯片上仅几十个器件发展到现在的每个芯片上可包含约l0亿个器件。光刻技术是集成电路的关键技术之一，它是整个产品制造中重要的经济影响因素，光刻成本占据了整个制造成本的35%。光刻也是决定了集成电路按照摩尔定律发展的一个重要原因，如果没有光刻技术的进步，集成电路就不可能从微米进入深亚微米再进入纳米时代。半导体光刻技术的水平，决定了硅技术特征尺寸。近年来硅技术特征尺寸从130nm、90nm、65nrn、45nm到32nm，进而向22nm以下前进。每一个先进工艺技术节点的实现，都离不开光刻技术的支持，都需要相应高精度高分辨力图形转印的光学曝光设备，即可以达到工艺技术要求的光刻机。（2）光刻机的发展光刻机是一种高精度自动曝光工具，这是光刻工程的核心部分，其造价昂贵（新型光刻机价格高达7000万美元），可称为世界上最精密的仪器。作为实现半导体集成电路技术不断发展的关键设备，光刻机自1978年诞生以来，随着集成电路由微米级向纳米级发展，光刻采用的光波波长也从近紫外(NUV)区间的436nm、365nm波长进入到深紫外(DUV)区间的248nm、193nm波长。目前大部分芯片制造工艺采用了248nm和193nm光刻技术。目前对于13.4nm波长的极端远紫外(EUV)光刻技术研究也在提速前进。期间曾经被业界看好的157nm波长的光刻机，由于自身的不足和下一代EUV技术的兴起实际上已经半途而废。（3）传统光刻机的延续与EUV传统的光刻机寿命已超出了很多人的预期，193nm光刻技术借助于沉浸式技术，已经能够延续到11nm工艺，这为相当一段时间内半导体集成电路的继续发的继续发展，提供了稳定的技术支撑，但传统的光刻机的寿终正寝与它的诞生一样势在必行。EUV（极紫外线光刻技术）是下一代光刻技术（<32nm节点的光刻技术）。它是用波长为13.4nm的软X射线进行光刻的技术。EVU技术虽然进展坎坷、商业化困难重重，但是这项技术前景仍然被看好。目前市场上提供量产商用的光刻机厂商有三家：ASML,尼康(Nikon)，佳能(Canon)。根据2007年的统计数据，在中高端光刻机市场，ASML占据大约60%的市场份额。而最高端市场（例如沉浸式光刻机），ASML大约目前占据80%的市场份额。ASML公司光刻机（4）光刻技术特征展望英特尔已经开始量产22nm工艺处理器，英特尔计划2013年推出14纳米级芯片，2015年推出10纳米级芯片。在SemiConWest产业会议上，GlobalFoundries公司对外宣布，将会在15nm制程时开始启用EUV极紫外光刻技术制造半导体芯片。GlobalFoundries公司高级副总裁GregBartlett表示，在纽约Fab8工厂建成之后的2012年下半年将会立刻开始在该工程部署EUV光刻的相关设备，与此同时，光刻设备厂商ASML也将会发售EUV光刻设备。现阶段很多公司也在推动纳米压印、无掩膜光刻或一种被称为自组装的新兴技术。但是EUV光刻仍然被认为是下一代CPU的最佳工艺。2.贴片机（1）电子组装技术与贴片机电子组装处于电子产业链中端，属于对成本效率敏感的低附加值加工行业，特别是对于占电子产品大多数的民用产品，成本效率更是至关重要；而电子产品微小型化、多功能化的发展趋势使电子组装成本上升，给电子组装设备带来前所未有的挑战。贴片机是当代主流电子组装技术（SMT）生产设备中价值比重最大、技术含量最高、对整个组装生产能力和效率影响最大的电子制造设备。SMT组装生产线的选择和配置，关键在贴片机。在电子信息行业中，拥有贴片机的数量和先进程度，已经成为一个企业、地区或国家的电子制造能力的标志。尽管贴片机的精密和技术复杂程度低于光刻机，但贴片机对于速度、效率和柔性的要求一点也不逊于光刻机。在电子组装领域，贴片机是典型的高速度、高精度、高效率的专用电子设备；贴片机在整个工艺流程中对生产效率、产品质量具有关键作用。贴片机实际上是一种精密的工业机器人系统，它充分发挥现代精密机械、机电一体化、光电结合以及自动化技术与计算机控制技术综合的高技术成果，实现高速度、高精度、智能化电子组装制造。（2）贴片机的发展贴片机从20世纪70年代末诞生以来，其贴装要求（主要是速度和精确度的要求），随着电子信息产业的高速发展以及元器件的微小型化和高密度组装的发经今非昔比对于用于批量生产的主流贴片机而言，迄今从技术上经历了3代发展。第一代贴片机是在20世纪70年代到80年代初期，采用的机械对中方式决定了贴装速度低（1-1.5s/片），贴装准确度也不高（X-Y定位±0.1mm），但已经具备了现代贴片机的全部要素，适应当时的元器件水平和组装技术的要求。20世纪90年代出现的第二代贴片机，采用光学对中系统，使贴片速度和精确度大幅度提高，并在发展过程中逐渐形成以贴装片式元件为主、注重贴装速度的高速机（又称CHIP元件贴装机或射片机）和以贴装各种IC、异型元件为主的多功能机（又称泛用机或IC贴装机）两个功能和用途明显不同的机种；高速机的贴装速度已经达到0.06s／片的数量级，接近机电系统的极限；多功能机则可达到贴装节距为0.3mm的QFP的水平，可以贴装所有IC和异型元件。但随着SMT高速发展和元器件的进一步微小型化，这一代贴片机逐渐力不从心，已经逐渐退出主流生产厂商的视野。第三代贴片机是20世纪90年代末开始，在SMT产业高速发展和电子产品需求多元化、品种多样化的推动下发展起来的。一方面，各种IC新的微小型化封装和0402片式元件对贴片技术提出更高要求，另一方面电子产品的复杂程度和安装密度的进一步提高，特别是多品种小批量的趋势，促使贴装设备适应组装技术和封装需求催生出第三代贴片机。（3）第三代贴片机特点--高性能和柔性化将高速机和多功能机合二为一。通过模块化／模组式／细胞机的灵活结构，只需选择不同的结构单元即可在一台机器上实现高速机和泛用机的功能。例如实现自0402片式元件至50mmX50mm、0.5mm节距集成电路贴装范围和150000片/h的贴装速度。兼顾贴装速度和准确度。新一代贴片机采用高性能贴片头、精密视觉对准、高性能计算机软硬件系统，例如在一台机器上实现45000片／h的速度和4Sigma下50μm或更高的贴装准确度。

模组型高速多功能贴片机高效率贴装。通过高性能贴片头、智能供料器等技术使贴片机实际贴装效率达到理想值的80%以上。高质量贴装。例如通过Z向尺寸准确测量和控制贴装力，使元器件与焊膏接触良好，或者应用APC控制贴装位置，保证最佳焊接效果。单位场地面积的产能比第二代机器提高1-2倍。可实现堆叠组装(PoP)。智能化软件系统，例如高效率编程、可追溯系统。现代电子制造装备的发展趋势与特点现代电子制造装备