SMT 基础与工艺项目教程 课件 项目8 微组装技术

SMT基础与工艺项目教程

微组装技术（micropackgingtechnology）是微电子组装技术（microelectronicpackgingtechnology)的简称，是新一代高级的电子组装技术。它是通过微焊互连和微封装工艺技术，将高集成度的IC器件及其他元器件组装在高密度多层基板上，构成高密度、高可靠、高性能、多功能的立体结构微电子产品的综合性高技术，是一种高级的混合微电子技术。项目8微组装技术项目8.1SMT组装工艺仿真演示SMT组装工艺是SMT技术的基础。完成本项目，学员应能对SMT组装工艺有个概括性地了解。同时，通过仿真平台演示，加深对SMT组装工艺步骤印象。通过相关SMT组装工艺的3D演示视频，强化SMT组装工艺流程。任务描述相关知识8.1.1集成电路制造技术1.集成电路的基本概念

集成电路是一种将许多电子元件和电路结构组合在一起的技术，从而形成一个完整的电路系统的器件。它是由半导体材料和化学材料构成的微型电器元件，可以实现大规模的集成电路功能。相关知识8.1.1集成电路制造技术1.集成电路的基本概念

集成电路是一种将许多电子元件和电路结构组合在一起的技术，从而形成一个完整的电路系统的器件。它是由半导体材料和化学材料构成的微型电器元件，可以实现大规模的集成电路功能。相关知识8.1.1集成电路制造技术2.集成电路的制造技术

（1）掩膜技术

掩膜是制造集成电路的关键步骤之一，它可以通过光刻技术，将设备图案信息转移到硅片上。掩膜制作步骤通常分为掩膜图形定义、将图形转移到进样硅片上、修复和清洗四个步骤。相关知识8.1.1集成电路制造技术2.集成电路的制造技术

（2）扩散技术

扩散技术是制造集成电路的一个重要步骤，它用于向硅片表面导入不同级别的斗体材料，或在硅表面上形成具有带墨材料的氧化物层。扩散技术的作用是使硅片表面形成新的半导体区域和各种掺杂区域，这些区域构成了集成电路中的各种电子元件和电路结构。相关知识8.1.1集成电路制造技术2.集成电路的制造技术

（3）激光微加工技术

激光微加工技术是一种可以在集成电路制造中实现高分辨率图像和精细图案的技术。激光微加工通常是在硅晶体上切割和雕刻器件，这些器件用于构成集成电路的有空间分离的元件和电路结构。相关知识8.1.1集成电路制造技术2.集成电路的制造技术

（4）刻蚀技术刻蚀技术是将多层材料沉积在硅片上，通过化学反应蚀去相应材料以制造器件。刻蚀可以实现更高精度的加工，并且具有精细化的刻板表面，所以这个技术重要性尤为突出。常见的集成电路制造过程如图所示。相关知识8.1.1集成电路制造技术3.集成电路材料

集成电路是现代电子技术中的重要组成部分，它由多种材料组成，其中包括硅、金属、绝缘体等。

金属材料也是集成电路中不可或缺的一部分。金属材料主要用于制作集成电路中的导线和连接器，其良好的导电性能和机械性能能够确保集成电路中信号的传输和连接的可靠性。

绝缘体材料也是集成电路中至关重要的一部分。绝缘体材料通常被用来隔离和保护集成电路中的导线和器件，防止它们之间的相互干扰和短路。相关知识8.1.1集成电路制造技术4.集成电路生产环境

集成电路是高度精密复杂的器件,对生产环境有严格的要求集成电路的工艺水平进入深亚微米以后;对其加工的环境提出了更加苛刻的要求这是因为任何粒径超过0.18um的尘埃杂质团都将破坏微精细加工图形,产生加工缺陷,甚至使加工图形报废。相关知识8.1.1集成电路制造技术4.集成电路生产环境

(1)净化标准

净化标准是衡量工作环境的统一标准。衡量空气环境洁净程度的主要技术指标是洁净度等级，下表为常见空气洁净度等级表。相关知识8.1.1集成电路制造技术4.集成电路生产环境

（2）人

人是颗粒的产生者。人员持续不断地进出洁净室,是洁净室的最大污染来源颗粒来源于头发和头发用品衣物纤维皮屑等。人处于不同姿态时所产生的尘埃情况如表所示，常见的工作人员穿戴如图所示。相关知识8.1.1集成电路制造技术4.集成电路生产环境

（3）超纯物质和化学试剂

在微电子加工工艺中,清洗是使用频率最高的一道工艺。对加工集成电路芯片进行清洗必须使用超纯水。这是因为自来水和普通蒸馏水都含有一些杂质离子,如钠(Na)钾(K)镁(Mg2)钙(Ca2)等阳离子，还有氯(Cl-)、硫酸根（SO42-)、碳酸根（CO32-)硅酸根(Si22-)等阴离子。若用含有这些正负离子的自来水和蒸馏水去清洗芯片，不但清洗不干净，反而越洗，污染越严重。相关知识8.1.2微组装技术1.微组装技术内涵及其与电子组装技术的关系

微电子组装技术是指板级高密度组装，其基础是SMT表面制造技术。微电子组装技术主要采用倒装（FlipChip，FC）C4(ControlledCollapseChipConnection)凸点技术，实现了IC器件封装(C4凸点)和板级电路组装（锡球BGA)这两个阶层之间在回流焊接技术上的融合。

相关知识8.1.2微组装技术2.微组装技术的层次和关键技术

（1）微组装技术的层次——整机系统的微组装层次，大致可分为三个层次：1）1级（芯片级）2）2级（组件级）3）3级（印制电路板级）相关知识8.1.2微组装技术2.微组装技术的层次和关键技术

（2）关键技术

1）芯片级的主要关键技术——凸点形成技术和植球技术，KGD技术，TAB技术，细间距丝键合技术，细间距引出封装的工艺技术2）组件级的主要关键技术——多层布线基板设计、工艺、材料及检测技术，倒装芯片焊接、检测和清洗技术，细间距丝键合技术，芯片互连可靠性评估和检测技术，高导热封装的设计、工艺、材料和密封技术，其他片式元器件的集成技术。3）印制板级的主要关键技术——电路分割设计技术，大面积多层印制电路板的设计、工艺、材料、检测技术以及结构设计、工艺技术以及组件与母板的互连技术。相关知识8.1.3BGA技术1.BGA封装类型

PBGA-塑封BGA

CBGA-陶瓷封装BGA

CCBGA-陶瓷封装柱形焊球BGA

TBGA-TapeBallGridArray-卷带球栅阵列

SBGA-SuperBallGridArray-超级球栅阵列

MBGA-MetalBallGridArray-单层金属球栅阵列

μBGA-FinePitchBGA(20milpitch)atrademarkofTesseraGroup-细间距球栅阵列

FPBGA-NECFinePitchBGA(20milpitch)NEC'sdesigntocompetewithTessera-NEC细间距球栅阵列BGA(BallGridArray)即“焊球阵列”。它是在基板的下面按阵列方式引出球形引脚。相关知识8.1.3BGA技术1.BGA封装类型

各类BGA封装如图所示相关知识8.1.3BGA技术1.BGA封装类型

BGA引线的排布情况有多种，4种常见的BGA引脚排布情况如图所示：相关知识8.1.3BGA技术2.BGA封装优缺点

优点：

实现芯片高密度、高性能、多引脚封装。

该技术实现的封装CPU信号传输延迟小，适应频率可以提高很大。

可采用热增强型芯片法焊接，从而可以改善它的电热性能。

虽然该技术的I/O引脚数增多，但引脚之间的距离远大于QFP，从而提高了组装成品率。

该技术的组装可用共面焊接，从而能大大提高封装的可靠性。

性能：与引脚架式封装比较，BGA有共地/电源平面和较短的电连接；共地平面和热通孔可改进热性能。缺点：BGA封装占用基板的面积比较大。相关知识8.1.4倒装芯片技术

倒装芯片（Flipchip）又称倒装片，是在I/O焊盘上沉积锡铅球，然后将芯片翻转加热利用熔融的锡铅球与陶瓷基板相结合此技术替换常规打线接合，逐渐成为未来的封装主流，当前主要应用于高时脉的CPU、GPU(GraphicProcessorUnit)及Chipset等产品为主。

倒装片连接有三种主要类型:可控塌陷芯片连接C4(ControlledCollapseChipConnection)、DCA(Directchipattach)和FCAA(FlipChipAdhesiveAttachement)。相关知识8.1.4倒装芯片技术1.可控塌陷芯片连接C4

C4是类似超细间距BGA的一种形式与硅片连接的焊球阵列一般的间距为0.23、0.254mm。焊球直径为0.102、0.127mm。焊球组份为97Pb/3Sn。这些焊球在硅片上可以呈完全分布或部分分布。C4连接的优点在于：具有优良的电性能和热特性在中等焊球间距的情况下，I/O数可以很高不受焊盘尺寸的限制可以适于批量生产可大大减小尺寸和重量相关知识8.1.4倒装芯片技术2.直接芯片贴装DCA

DCA和C4类似是一种超细间距连接。DCA的硅片和C4连接中的硅片结构相同，两者之间的唯一区别在于基材的选择。DCA采用的基材是典型的印制材料。DCA的焊球组份是97Pb/Sn，连接焊接盘上的焊料是共晶焊料（37Pb/63Sn）。相关知识8.1.4倒装芯片技术3.倒装芯片粘合附着FCAA

FCAA连接存在多种形式，当前仍处于初期开发阶段。硅片与基材之间的连接不采用焊料，而是用胶来代替。这种连接中的硅片底部可以有焊球，也可以采用焊料凸点等结构。FCAA所用的胶包括各向同性和各向异性等多种类型，主要取决于实际应用中的连接状况，另外，基材的选用通常有陶瓷，印刷板材料和柔性电路板。相关知识8.1.4倒装芯片技术4.特性

倒装芯片（Flip-Chip）封装技术与传统的引线键合工艺相比具有许多明显的优点,包括,优越的电学及热学性能,高I/O引脚数，封装尺寸减小等。

倒装芯片封装技术的热学性能明显优越于常规使用的引线键合工艺。

倒装芯片封装另一个重要优点是电学性能。任务实施1.实训目的及要求1)了解集成电路制造技术；2)了解BGA组装技术；3)了解倒装片技术；

4)了解利用仿真平台完成SMT组装工艺实训流程。2.实训器材l硬件：PC机l仿真平台3.知识储备任务实施

（1）SMT组装工艺通孔插装THT

技术将元器件插装印制板的孔中，组装密度低，投资大；表面贴装SMT

技术直接将元器件贴焊到印制板表面上，组装密度较高；微电子组装MAT

将元器件的引脚转变为球或凸点，直接贴焊到印制板表面上，组装密度高。常见SMT组装工艺如图所示。3.知识储备任务实施

（1）SMT组装工艺产品（组装）类型决定工艺流程和生产线。产品（组装）类型建表所示3.知识储备任务实施

（1）SMT组装工艺1）全表组装型（I型）工艺流程①IA

单面组装工艺（FC

智能卡）。适用于倒装片FC(Flip

Chip)

。倒装焊再流时，C4

凸点(金属+

高熔点的焊料95Pb/5Sn）不变形，只是PCB上低熔点的焊料熔化。印焊膏→点胶→FC

贴装→C4

焊膏再流焊→下填充。②IB

双面再流焊工艺（BGA电脑）。A面布有大型IC

器件，B面以片式元件为主，安装面积最小化。常用于密集型或超小型电子产品，如：手机、MP3、MP4

等。常用两次再流焊：采用粘接剂，B

面的SMD/SMC

经过两次再流焊，需用粘接剂固定。

B面印焊膏→涂胶水→贴片→再流焊→翻面→A

面印焊膏→贴片→再流焊。3.知识储备任务实施

（1）SMT组装工艺2）混装型（II-III型）工艺流程①IIA型单面混装（QFP家电）：SMC,SMD和THT均在A面。A面印焊膏→贴片→再流焊→A面插件→波峰焊。②IIB型双面混装（BGA&QFP工控）：SMC,SMD和THT均在A面，SMCB面。B面点胶→贴片→固化→翻面→A面印焊膏→贴片→再流焊→A面插件→波峰焊。3.知识储备任务实施

（1）SMT组装工艺③IIC型双面混装（BGA&QFN汽车电子）：SMC,SMD和THT均在A面和B面。可采用A面和B面SMD/SMC依次分别进行再流焊后，再插装THC并进行波峰焊接。因波峰焊是瞬间焊，一般焊接时间只有10s，要求B面元器件能承受二次再流焊。→B面印焊膏→点胶→贴片→再流焊→翻面→A面印焊膏→贴片→再流焊→→A面插件→波峰焊→翻面→B面手工插件→翻面→选择波峰焊。3.知识储备任务实施

（1）SMT组装工艺④III型单面混装（CHIP高频头）：SMC,SMD和THT均在A面，SMC在B面。→B面点胶→贴片→固化→翻面→A面插件→波峰焊。任务实施4.实训内容及步骤1）打开仿真平台，进入SMT组装工艺主页面。任务实施4.实训内容及步骤2）点击“工程1：BGA电脑组装工艺流程设计”，进入工艺流程实验，如图所示。在页面中，下拉选择BGA电脑工艺流程每步工序。正确的参数设置如右图所示。任务实施4.实训内容及步骤3）点击“QFP家电工艺流程”进入下一个组装工艺流程设计，如图8-17所示。流程设计与前面BGA电脑组装工艺流程类似。正确的参数设置如右图所示。任务实施4.实训内容及步骤4）点击“BGA/QFP工控工艺”进入下一个组装工艺流程设计，如图所示。正确的参数设置如右图所示。任务实施4.实训内容及步骤5）点击“BGA/QFN汽车电子工艺”进入下一个组装工艺流程设计，如图所示。流程设计与前面工艺流程类似。正确的参数设置如右图所示。任务实施4.实训内容及步骤6）点击“BGA电脑工艺参数设计”进入下一个组装工艺流程设计，如图所示。流程设计与前面工艺流程类似，正确的参数设置如右图所示。任务实施5.实训结果及数据1)熟悉常见SMT组装工艺流程；2)了解任务中的五种工艺流程；3)大致熟悉SMT组装工艺流程的参数设计；

4)学会分析各种工艺之间的区别和共同点。项目8.2微电子组装工艺仿真演示

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。随着电子信息产品向小型化、轻量化、高工作频率、高可靠和低成本等方向发展，对微组装技术的要求越来越高。任务描述相关知识8.2.1CSP技术

CSP(ChipScalePackage)封装，是芯片级封装的意思。CSP封装是最新一代的内存芯片封装技术，其技术性能又有了新的提升。相关知识8.2.1CSP技术1.柔性基片（FlexibleLaminate）CSP产品的封装工艺流程

柔性基片（FlexibleLaminate）柔性基片CSP产品，它的芯片焊盘与基片焊盘问的连接方式可以是倒装片键合、TAB键合、引线键合。相关知识8.2.1CSP技术1.柔性基片（FlexibleLaminate）CSP产品的封装工艺流程

(1)采用倒装片键合的柔性基片CSP的封装工艺流程圆片→二次布线(焊盘再分布)→(减薄)形成凸点→划片→倒装片键合→模塑包封→(在基片上安装焊球)→测试、筛选→激光打标。(2)采用TAB键合的柔性基片CSP产品的封装工艺流程圆片→(在圆片上制作凸点)减薄、划片→TAB内焊点键合(把引线键合在柔性基片上)→TAB键合线切割成型→TAB外焊点键合→模塑包封→(在基片上安装焊球)→测试→筛选→激光打标。(3)采用引线键合的柔性基片CSP产品的封装工艺流程圆片→减薄、划片→芯片键合→引线键合→模塑包封→(在基片上安装焊球)→测试、筛选→激光打标。相关知识8.2.1CSP技术2.硬质基片CSP产品的封装工艺流程

硬质基片（CeramicSubstrateThinPackage）CSP产品封装工艺与柔性基片的封装工艺一样，芯片焊盘与基片焊盘之间的连接也可以是倒装片键合、TAB键合、引线键合。它的工艺流程与柔性基片CSP的完全相同，只是由于采用的基片材料不同，因此，在具体操作时会有较大的差别。相关知识8.2.1CSP技术3.引线框架CSP产品的封装工艺流程

引线框架CSP产品的封装工艺与传统的塑封工艺完全相同，只是使用的引线框架要小一些，也要薄一些。引线框架CSP产品的工艺流程为：圆片→减薄、划片→芯片键合→引线键合→模塑包封→电镀→切筛、引线成型→测试→筛选→激光打标。相关知识8.2.1CSP技术4.圆片级(WLCSP)CSP产品的封装工艺流程

圆片级芯片尺寸封装在wafer的前道工序完成后，直接对晶体（wafer）利用半导体工艺进行后道封装，再切割分离成单个器件。圆片级3M工艺结构图如图所示。引线框架CSP产品的工艺流程为：圆片→减薄、划片→芯片键合→引线键合→模塑包封→电镀→切筛、引线成型→测试→筛选→激光打标。相关知识8.2.1CSP技术4.圆片级(WLCSP)CSP产品的封装工艺流程

(1)在圆片上制作接触器的圆片级CSP的封装工艺流程圆片→二次布线→减薄→在圆片上制作接触器→接触器电镀→测试、筛选→划片→激光打标。(2)在圆片上制作焊球的圆片级CSP的封装工艺流程圆片→二次布线→减薄→在圆片上制作焊球→模塑包封或表面涂敷→测试、筛选→划片→激光打标。相关知识8.2.1CSP技术5.叠层CSP产品的封装工艺流程

叠层CSP产品使用的基片一般是硬质基片。叠层CSP作为一种三维结构封装技术，叠层CSP封装每个封装体内包含2个或更多个IC芯片。下图是一种典型的四层芯片叠层CSP封装产品,或称多芯片封装(Multi-chippackage)简称MCP。相关知识8.2.1CSP技术5.叠层CSP产品的封装工艺流程

叠层CSP产品使用的基片一般是硬质基片。叠层CSP作为一种三维结构封装技术，叠层CSP封装每个封装体内包含2个或更多个IC芯片。下图是一种典型的四层芯片叠层CSP封装产品,或称多芯片封装(Multi-chippackage)简称MCP。相关知识8.2.1CSP技术5.叠层CSP产品的封装工艺流程

(1)采用引线键合的叠层CSP的封装工艺流程圆片→减薄、划片→芯片键合→引线键合→包封→在基片上安装焊球→测试→筛选→激光打标。采用引线键合的CSP产品，下面一层的芯片尺寸最大，上面一层的最小。芯片键合时，多层芯片可以同时固化(导电胶装片)，也可以分步固化；引线键合时，先键合下面一层的引线，后键合上面一层的引线。相关知识8.2.1CSP技术5.叠层CSP产品的封装工艺流程

(2)采用倒装片的叠层CSP产品的封装工艺流程圆片→二次布线→减薄、制作凸点→划片→倒装键合→(下填充)包封→在基片上安装焊球→测试→筛选→激光打标。在叠层CSP中，如果是把倒装片键合和引线键合组合起来使用。在封装时，先要进行芯片键合和倒装片键合，再进行引线键合。相关知识8.2.1CSP技术6.CSP的优点

更直接的导电通路

更容易做到频率为500MHz-600MHz

所有导电通路具有较低的电抗性

由于CSP芯片自重轻，因此在再流焊接过程中有更好的自对中特性。热传导更均匀只需对现有BGA设备稍加修改即可完成CSP焊接。相关知识8.2.2SOC、SOPC技术6.CSP的优点

SoC(SystemonChip)是一种集成电路。它将所有或大部分必要的电子电路和部件集成到单一芯片上。主要包括CPU核心、内存、输入/输出控制器、外围设备和其他功能模块。SoC的设计目标是为了让它能够作为系统的主要计算引擎。SoPC(SystemonaProgrammableChip)-可编程片上系统：是指硬件逻辑可编程的片上系统，如FPGA（现场可编程门阵列）被用于创建系统级的设计。相关知识8.1.6MCM技术

多芯片组件结构示意图如图所示相关知识8.1.6MCM技术1.多芯片组件（MCM）技术内涵

（1）技术内涵MCM是multichipmodule英文的缩写，通常译为多芯片组件（也有译为多芯片模块）。MCM技术属于混合微电子技术的范畴，是混合微电子技术向高级阶段发展的集中体现，是一种典型的高级混合集成电路技术。

关于MCM的定义，定性的来说MCM应具备以下三个条件：1)具有高密度多层布线基板；2)内装两块以上的裸芯片IC（一般为大规模集成电路）；3)组装在同一个封装内。也就是说，MCM是一种在高密度多层布线基板上组装有2块以上裸芯片IC（一般为LSI）以及其它微型元器件，并封装在同一外壳内的高密度微电子组件。相关知识8.1.6MCM技术1.多芯片组件（MCM）技术内涵

2.优点1)使电路组装更加高密度化，进一步实现整机的小型化和轻量化。2)进一步提高性能，实现高速化。3)提高可靠性。4)易于实现多功能。相关知识8.1.6MCM技术1.多芯片组件（MCM）技术内涵

3.类型和特点1)叠层型MCM2)厚膜陶瓷型MCM3)淀积型MCM4)混合型MCM-H任务实施1.实训目的及要求1)了解常见的微组装技术；2)了解常见的微组装技术涉及的关键技术；3)了解SMT智能制造中常见的产品类型、组装类型及组装方式4)熟悉设计还有微组装器件PCB；5)掌握对微组装器件PCB进行SMT制造实验方法和流程。2.实训器材3.知识储备任务实施

（1）微电子智造技术

微电子智造技术是指板级高密度组装，因倒装片C4凸点技术的突破，实现了IC器件封装C4点和板级电路组装锡BGA这两阶层之间在回流焊接技术上的融合。微组装技术特点如图所示3.知识储备任务实施

（2）微组装工艺流程1）组装方式SMT智能制造中常见的产品类型、组装类型及组装方式如图所示。3.知识储备任务实施

（3）全表组装型(I型)工艺流程1)IA单面组装工艺(FC智能卡)

适用于倒装片FC(FlipChip)。倒装焊再流时，C4凸点(金属+高熔点的焊料95Pb/5Sn)不变形，只是PCB上低熔点的焊料熔化。印焊膏点胶→FC贴装→C4→焊膏再流焊→下填充。3.知识储备任务实施

（3）全表组装型(I型)工艺流程2)IB双面再流焊工艺(BGA电脑)①两次再流焊(常用):采用粘接剂，B面的SMD/SMC经过两次再流焊，需用粘接剂固定，B面印焊膏→涂胶水→贴片→再流焊→翻面→A面印焊膏→贴片→再流焊。②一次再流焊(尽量不用):采用低熔点焊膏，不需要在B面涂覆粘接剂。B面印低熔点焊膏→贴片→翻面→A面印焊膏贴片→再流焊。③双面同时焊接(少用):A面印焊膏→涂胶水→贴片→固化翻面→B面印焊膏→贴片→再流焊（再流焊温区中PCB上/下温差小2°C）；A面、B面元件近于对称，否则PCB易变形，造成焊接不良。3.知识储备任务实施

（4）混装型(I型)工艺流程1)IIA型单面混装(QFP家电)SMC，SMD和THT均在A面：A面印焊膏→贴片→再流焊→A面插件→波峰焊。2)IIB型双面混装(BGA&QFP工控)SMC，SMD和THT均在A面，SMC在B面：B面点胶→贴片→固化→翻面→A面印焊膏→贴片→再流焊→A面插件→波峰焊。3.知识储备任务实施

（4）混装型(I型)工艺流程3)IIC型双面混装(BGA&QFN汽车电子)SMC,SMD和THT均在A面和B面，可采用A面和B面SMD/SMC依次分别进行回流后，再装THC并进行波峰接。因波峰焊是高温设备，一般接受时间只有10s，要求B面元器件能承受二次再流焊。B面印焊膏→点胶贴片→再流焊→翻面→A面印焊膏→贴片→再流焊→A面插件→波峰焊→翻面→B面手插件→翻面→选择波峰焊。4)III型单面混装(CHIP高频头)SMC,SMD和